热电偶冷端温度补偿

) E (t , t 0
+ － +a
t0 t0
R1 E Rcu b－ R3 R2 + －
E (t , t 0 )
t
补偿原理的分析：（1）补偿电桥的输出与铜电阻的关系； （2）热电偶的输出随冷端温度的变化情况；（3）补偿电 桥与热电偶串接时总的输出情况。
电桥补偿法 （自学）
t0 t0 ) E (t , t 0
即：RCu (t0 ) t0 I
可以满足冷端温度补偿
补偿电阻的阻值RCu (t0 )取决于： t0、I、
计算机软件实现热电偶冷端补偿 （a）结构框图 (b)冷端补偿子程序 AB-热电偶；RCu-铜电阻；mV-U1- mV/电压变换器； Ω-U2-Ω/电压变换器；A/D-模数转换器； CPU-中央处理单元；AC-采样脉冲；OUT-输出
2、仪表机械零点调整法
仪表的机械零点为仪表输入电势为零时，指针停留的 刻度点，也就是仪表的刻度起始点。若预知热电偶冷端温度 为t0，在测温回路开路情况下，将仪表的刻度起始点调定在 t0位置，此时相当于人为给仪表输入热电势EAB（t0，0）， 在接通测温回路后，输入仪表的热电势为 EAB（t，t0）＋EAB（t0，0）= EAB（t，0） 使仪表指针指示热端温度t值。
R1 +a Rcu E R2 + － b－ R3
E (t , t 0 )
在设计的冷端温度（例如t 在设计的冷端温度（例如t0＝0℃）时，满足R ）时，满足R1＝R2， R3 ＝ RCu ，这时电桥平衡，无电压输出，即U ，这时电桥平衡，无电压输出，即Uab=0，回 =0，回 路中的输出电势就是热电偶产生的热电势
23.9 23.629 *10 576.4C 24.055 23.629
解2： 根据题意有 EK (t , 25) 22.9mV
直接查分度表有
t 550
22.9 22.776 *10 552.9C 23.203 22.776
因此再加上冷端温度，有 t t 25 577.9C
计算修正法——这种方法适用于实验室或者临时测温。
பைடு நூலகம்
仪表机械零点调整法——这种方法适用于对测量准确度要求不高，且冷端温度恒定， 仪表机械零点调整方便的场合。 恒温法( 恒温法(冰浴法) 冰浴法)——把热电偶的冷端放入恒温装置中，保持冷端温度为0 把热电偶的冷端放入恒温装置中，保持冷端温度为0℃，多用于 实验室
a
RCu
R2
) IRCu (t0 ) t0 (t0 t0 ) 则：U ab (t0
)的差值可以近似为： )+E (t , t0 )＝ (t0 t0 ) 事实上E (t , t0 )和E (t , t0 E (t , t0
t0 ) I＝ (t0 t0 ) 如果使：RCu (t0 ) t0 (t0
4、补偿电桥法（冷端补偿器）
补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的电压来补偿热 电偶冷端温度变化所引起的热电势的变化。
电桥补偿法（自学）
是仪表中最常用的一种处理方法，它利 用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶 因冷端温度的变化而引起热电势的变化 如图，电桥由R1、R2、R3（均为锰铜电阻） 和RCu（热敏铜电阻）组成。
哪种计算结果正确，为什么？
现场中利用计算机软件可以方便的实现计 算修正。
具体方法是： ● 热电偶的输出通过毫伏—电压变换器及模数转换器 进入微处理器中。 ● 使用一热电阻测量冷端温度，热电阻的阻值经过欧 姆—电压变换器及及模数转换器也进入微处理器中。 ● 由采样数字量D1和D2 分别获得热电偶产生的热电势 EAB（t，t0）及冷端温度t0 ， ● 然后计算可得EAB（t，0）= EAB（t，t0）＋EAB（t0， 0），再查取存放在计算机存储器中的分度表，便得到 数字量t，这就是热电偶的热端温度值。
t
冰点槽法是准确度很高的冷端处理方法，然而使用比较 麻烦，需要保持冰、水两相共存，一般限于实验室精确 测温或热电偶检定时使用。
恒温箱法：在现场，常使用电加热式恒温箱。这种恒温
箱通过接点控制或其他控制方式维持箱内温度恒定（常 为50℃）。可将若干支热电偶的冷端放在恒温箱内。恒 温箱法的恒定温度要高于环境温度。
+
－
t
当冷端温度由t 当冷端温度由t0变化到t 变化到t’0时，不妨设t 时，不妨设t’0 >t0，热电偶输出的热电势减小，但电桥中R ，热电偶输出的热电势减小，但电桥中RCu随 温度的上升而增大，于是电桥两端会产生一个不平衡电压Uab(t 温度的上升而增大，于是电桥两端会产生一个不平衡电压Uab(t’0 ) 此时回路中输出的热电势为: 此时回路中输出的热电势为:
五、热电偶冷端温度处理方法 1. 对热电偶冷端温度进行处理的原因
热电偶的测温原理表明：热电偶的热电势是两个接点 温度的函数差，只有当冷端温度不变时，热电势才是热端温 度的单值函数。但在实际应用中，热电偶冷端所处环境温度 总有波动，从而使测量得不到正确结果，因此必须对热电偶 冷端温度变化的影响采取补偿措施，使热电偶的热电势只反 映热端温度（被测温度）的变化，而不受冷端温度变化的影 响。
) E (t , t0 E (t , t0 )
) U ab E (t , t0 ) E (t , t0 U ab I ( RCu R2 )
R1
I
R1
I
b
) RCu (t0 )[1 t0 (t0 t0 )] RCu (t0
如果满足：R2 RCu (t0 )
——热电偶冷端温度的处理
中间导体定律 等值替代定律 拆开冷端，串入“毫伏计 ” ，可以测量热电势，而不影 响总的热电势 利用补偿导线来延伸冷端，是把热电偶的冷端从温度较高 和不稳定的现场延伸到温度较低和比较稳定的操作室内
由于操作室内的温度往往高于0℃，而且也是不恒定的（即使有空调也是不恒定的），这 时，热电偶产生的热电势必然会随冷端温度的变化而变。 因此，在应用热电偶时，只有把冷端温度保持为0℃，或者进行必要的修正和处理才能得出 准确的测量结果，对热电偶冷端温度的处理称为冷端温度补偿。 目前，热电偶冷端温度主要有以下几种处理方法： 计算修正法 仪表机械零点调整法 恒温法 电桥补偿法
电桥补偿法（自学）——仪表中常用
2、常用的热电偶冷端温度处理办法
（1）计算修正法 若温度显示仪表分度时规定热电偶冷端温度为0℃，而在使用 中冷端温度为t0≠0℃时，根据热电偶的中间温度定律，得知在这种 情况下产生的热电势为 EAB（t，0）＝EAB（t，t0）＋EAB（t0，0） 式中 EAB（t，0）——冷端为0℃、热端为t ℃时的热电势； EAB（t，t0）——冷端为t0℃，热端为t℃时的热电势，即实 测值； EAB（t0，0）——冷端为t0℃应加的校正值。 举例： 用K型热电偶来测量温度，在冷端温度为t0＝25℃时， 测得热电势为22.9mV，求被测介质的实际温度。 思考：采用直接用测得电势查分度表得到温度值，再加上25 ℃, 计算得到炉温的方法对不对？为什么？
注意：这种补偿方法用于热电偶冷端温度比较恒定而 仪表的机械零点调整又很方便的场合。 可以和其它补偿方法配合使用。
3、恒温法
恒温法分为冰点槽法和恒温箱法。 冰点槽法：在精密测量中，一般要求热电偶冷端温度保 持为0℃，通常采用冰点槽。冰点槽的容器中充满蒸馏水 与碎冰块的混合物，其温度保持为0℃。
补 偿 导 线 热 电 偶 tc 毫 伏 计 0 ℃ 恒 温 装 置
) U ab (t0 ) E (t , t0
经过设计，可使电桥的不平衡电压等于因冷端温度变化引起的热电势变化，即
) U ab (t0 ) E (t , t0 ) E (t , t0
于是实现了冷端温度的自动补偿。 实际的补偿电桥一般是按t 实际的补偿电桥一般是按t0＝20℃ 20℃设计的，即t 设计的，即t0＝20℃ 20℃时，补偿电桥平衡无电压输出。
例 用K型热电偶来测量温度，在冷端温度为t0＝25℃时，测得热电势为22.9mV， 求被测介质的实际温度。 解1： 根据题意有 EK (t , 25) 22.9mV 由K型热电偶的分度表查出 EK (25, 0) 1.000mV
因此有 EK (t , 0) EK (t , 25) EK (25, 0) 22.9mV 1.000mV 23.9mV 反查分度表有 t 570