熱電偶在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫時(shí)冷端溫度的補(bǔ)償措施

張東風(fēng),沈思雯

（山東電力高等?？茖W(xué)校,山東 泰安 271000）

熱電偶在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用非常廣泛，使用中由于冷端溫度不符合要求容易引起誤差，為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，采取來(lái)各種處理方法。

1 儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法

儀表的機(jī)械零點(diǎn)是指無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，儀表指針?biāo)甘镜臄?shù)值。對(duì)于具有零位調(diào)整的顯示儀表，若熱電偶冷端溫度t0較為恒定，可將顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)至t0處，這相當(dāng)于在輸入熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)EAB（t，t0）之前就給顯示儀表輸入了修正值EAB（t0，0）。

圖1 儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法示意

2 冷端恒溫法

冰點(diǎn)槽法。將熱電偶冷端置于冰點(diǎn)槽內(nèi)，使其保持在0℃，該方法一般用于實(shí)驗(yàn)室。

恒溫爐法。該方法是將熱電偶冷端置于恒溫爐中，生產(chǎn)中一般采用50℃恒溫爐。

3 補(bǔ)償電橋法（冷端溫度補(bǔ)償器）

冷端溫度補(bǔ)償器是根據(jù)不平衡電橋原理設(shè)計(jì)的，其工作原理見(jiàn)圖2。R1，R2，R3均為電阻溫度系數(shù)很小的錳銅電阻，作為該電橋的固定橋臂。R4為銅電阻，其阻值隨環(huán)境溫度的變化而變化。冷端溫度補(bǔ)償器由4V直流電源供電，電阻R為串聯(lián)在電源回路里的降壓電阻，是配用不同分度號(hào)的熱電偶時(shí)作為調(diào)整補(bǔ)償電動(dòng)勢(shì)的電阻。

圖2 冷端溫度補(bǔ)償器工作原理

冷端溫度補(bǔ)償器在熱電偶線路上的附加電阻值（即橋路內(nèi)阻）約為lΩ左右。

4 補(bǔ)償熱電偶法

該方法的理論依據(jù)是中間溫度定律，它是用補(bǔ)償熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)來(lái)補(bǔ)償測(cè)溫?zé)犭娕家蚶涠藴囟茸兓a(chǎn)生的誤差。

補(bǔ)償熱電偶和測(cè)溫?zé)犭娕纪ㄟ^(guò)切換開(kāi)關(guān)和顯示儀表串接起來(lái)，使冷端溫度變化所引起的測(cè)溫誤差得到補(bǔ)償。

補(bǔ)償熱電偶可以是一支或多支測(cè)溫?zé)犭娕迹部梢允怯脺y(cè)溫?zé)犭娕嫉难a(bǔ)償導(dǎo)線制成的熱電偶。

5 晶體管PN結(jié)溫度補(bǔ)償法

近年來(lái)還有采用溫敏二極管或溫敏晶體管對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償?shù)摹Ｔ摲椒▽?duì)溫度補(bǔ)償?shù)撵`敏度和準(zhǔn)確度都很高。測(cè)溫時(shí)，只要把相應(yīng)PN結(jié)上的電壓引入熱電偶回路即可實(shí)現(xiàn)熱電偶冷端溫度的自動(dòng)補(bǔ)償，如圖3所示。

圖3 PN結(jié)溫度補(bǔ)償原理

實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)冷端溫度在-50～+150℃時(shí)，若發(fā)射結(jié)正偏，不管集電結(jié)反偏還是零偏，在一定的集電極電流條件下，NPN硅晶體管的基極-發(fā)射極正向電壓UBE（t0）隨冷端溫度t0的增加而減小，并有良好的線性關(guān)系，如圖4所示。

圖4 PN結(jié)的溫度特性曲線

通過(guò)調(diào)整電位器W，可使UBE（t0）與相應(yīng)的熱電偶配套，即

UBE（t0）=EAB（t0，0）

因此可用電壓UBE（t0）來(lái)補(bǔ)償因熱電偶冷端溫度變化所產(chǎn)生的誤差。

6 計(jì)算機(jī)對(duì)冷端溫度的自動(dòng)補(bǔ)償法

隨著計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了用軟件對(duì)熱電偶冷端溫度進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ鐖D5所示。

圖5 計(jì)算機(jī)冷端溫度補(bǔ)償示意圖

A、B—熱電極；A＇、B＇—補(bǔ)償導(dǎo)線；tn—熱電偶原冷端溫度；t0—熱電偶新冷端溫度熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)EAB（t，t0）經(jīng)補(bǔ)償導(dǎo)線送入相應(yīng)的輸入模塊，該輸入模塊還接受由其他溫度傳感器（一般用Pt100）測(cè)得的熱電偶冷端溫度 信號(hào) (一般為Rt0)。EAB（t，t0）和Rt0在輸入模塊中進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，經(jīng)接口送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)則按預(yù)先設(shè)計(jì)的程序自動(dòng)計(jì)算出真實(shí)溫度。

為了減少冷端溫度信號(hào)所占用的輸入通道數(shù)量，可用補(bǔ)償導(dǎo)線把所有熱電偶的冷端引至同一溫度t0處，這樣只使用一個(gè)冷端溫度傳感器和一個(gè)修正t0的輸入通道即可。