热电偶的冷端处理-上海自动化仪表四厂

上海自动化仪表四厂给大家介绍下热电偶的冷端处理：

从热电偶的测温原理可知，热电动势的大小不仅与热端温度有关，而且也与冷端温度有关，只有当冷端温度固定不变，才能通过热电动势的大小去判断热端温度的高低。 当冷端温度波动较大时，必须首先使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方， 然后再考虑将冷端处理为0°C，这称为热电偶的冷端处理和补偿。下面介绍几种实用的方法。

1.补偿导线

热电偶补偿导线通常由补偿导线合金丝、绝缘层、护套和屏蔽层组成。在100°c (或 200°C)以下的温度范围内，补偿导线具有与所匹配的热电偶的热电动势标称值相同的特性。 用它连接热电偶可起到延长热电偶冷端的作用。热电偶补偿导线有两方面的优点：其一是改善了热电偶测温线路的物理性能和机械性能。采用多股线芯或小线径补偿导线可提高线路的挠性，接线方便，也可调节线路电阻和屏蔽外界的干扰；其二是降低了线路的成本。当热电偶与测量仪表距离较远时，使用补偿导线可节约热电偶材料，尤其对于贵金属热电偶来说经济效益更是明显。

2.参比端恒温法

冰点槽法：在1个标准大气压下（101.325kPa)，冰和纯水的平衡温度为0°C。根据这个原理可以制成0°C的恒温器冰点槽，如图2-24所示。它在一个保温瓶里有冰水混合物，在密封 的盖子上插人若干支试管，试管的直径应尽量小并有足够的插入深度。试管底部有少量高度相同的水银或变压器油，若放水银则可把补偿导线与铜导线直接插人试管中水银里，则形成导电通路，不过在水银上面应加少量蒸馏水并用石蜡封结，以防止水银蒸发和溢出。若改用变压器油代替水银则必须使补偿导线与铜导线接触良好。冰点槽法是一种精度很高的参比端温度处理方法，适用于实验室中的精密测量和检定热电偶时使用。由于半导体制冷技术和精密控温技术的发展。目前我国已研制出电子式冰点恒温装置，它使参比端保持在0°C，稳定性在±0.05CC 以内，并且体积小，操作简单，使用方便。

3.计算修正法

通常冷端温度T0已知，并测出E(T，T0)时，利用公式得出E(T，0)

【例2-4】用K型热电偶测温，显示仪表按温度刻芰以分度表为依据），仪表读数为500°C，但此时冷端温度50°C，问仪表示值是否可信，应为多少？

解由题意，仪表读数500°C，查分度表知对应的热电动势为20.644mV。

设被测溫度为了，则

查表插值计算

将V=22.667代入上式

这里特别需要强调的是，由于热电动势的非线性，因此热电动势是温度函数的差，而不 是温差的函数。

冷端补偿器是一个直流不平衡电桥，在它的四个桥臂中有一个是铜电阻测温元件，其余三个臂由阻值恒定的锰铜电阻制成。电桥与热电偶的连接，如图2-25所示，被测温度一定时，冷端温度升高则热电偶的热电动势下降，反之亦然。苦想办法子啊热电偶回路中串联一个输出电压也跟随冷端温度变化，但与热电动势变化方向大小相等方向的电压源，那么总输出电动势将不再受冷端温度变化影响。尽管随着微电子技术进步，，冷端补偿器已经逐步退出了历史舞台，但这种自动补偿的思想对于初学者还是有重要的指导意义。

对于直流不平衡电桥，其中固定三个桥臂电阻.另一个桥臂电阻随冷端温度变化即可。

图中R1、R2、R3为，用锰铜电阻（温度系数0.006X10-3/℃）、Rcu为铜电阻（温度系数4.25~4.28X10-3/°C)，设计平衡点1Ω。

补偿电动势Uab在设计平衡点t0处数值为0;u=EAB(t,t0)+Uab。当冷端温度偏离设计平衡点时，热电动势变化方向与Uab变化方向相反从而保证U基本不变（示值不变）。

要求：

(3) 不同分度号的热电偶配用不同的冷端补偿器(调整电源回路电阻）

(4) 冷端补偿器中的铜电阻必须与冷端同温。

(5) 补偿范围有限（一定精度内，一般为0-50℃)。

(6) 极性不能接反。

冷端补偿器的作用就是强制 冷瑞处于平衡点温度，若平衡点为0°C可直接使用分度表。 特别要注意的是，桥臂RCU必须和热电偶的冷端尽量靠近，使它们处于同一温度下。

5.软件修三法

在计算桁监控系统中，有专门设计的热电偶信号采集卡（I/O卡中的一种）或采集器， 通常有单路、8路或16路信号通道，带有隔离、放大、滤波等处理电路。使用时要求把热电动势信号通过补偿导线与采集卡上的输人端子连接起来，在每一块卡上都在接线端子附近安装有热敏电阻或半导体温度传感器，在采集卡驱动程序的支持下，计算机每次都采集各路热电动势信号和冷端温度信号，再按计算修正法计算出每一路的热电动势值，就可以得到准确的被测值了。这种方法是在热电偶信号采集卡硬件的支持下，依靠软件编程完成热电偶冷端处理和补偿功能。