熱電偶傳感器測溫系統(tǒng)論文

1、漢口學院電子信息工程學院 課程論文 熱電偶傳感器測溫系統(tǒng)課程名稱傳感器原理與應用姓 名梅禮曄系 別電子信息工程學院專 業(yè)電氣工程及其自動化班 級2012級電氣四班學 號2012910158指導教師戴焯論文評分 2014年11月25日 摘要 熱電偶是將溫度變化量轉(zhuǎn)換為熱電勢大小的熱電傳感器，是一種廣泛應用的間接測量溫度的方法，即利用一些材料或元件的性能參數(shù)隨溫度而變化通過測量該性能參數(shù)，而得到被測溫度的大小。本文中主要介紹利用熱電偶傳感器測溫的原理及系統(tǒng)設計。在論述測溫的同時，針對不足,提出了一種基于數(shù)值計算軟件化測溫方法，并給出了實現(xiàn)這種測溫的4個步驟，給出了相關電路、擬合關系式和計算方法。為

2、了是測溫精度更高，在此分析了誤差優(yōu)化方法，探討了誤差時間常數(shù)分析、非線性補償法及冷端溫度補償技術。關鍵字：熱電偶、軟件化、時間常數(shù)、非線性補償、冷端溫度補償1.溫度的基本概念(參考文獻【1】)溫度是度量物體冷、熱程度的物理量,在生產(chǎn)和科學中占有極其重要的地位,是國際單位制(SI)中7個基本物理量之一。從能量角度來看,溫度是描述系統(tǒng)不同自由度間能量發(fā)布狀態(tài)的物理量;從微觀上看,溫度標志著系統(tǒng)內(nèi)部分子無規(guī)則運動的劇烈程度,溫度高的物體,分子平均動能大,溫度低的物體,分子平均動能小;從熱平衡觀點來看,溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。而用來度量物體溫度數(shù)值的標尺叫溫標,它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(零

3、點)和測量溫度的基本單位。目前用的較多的溫標有華氏溫標、攝氏溫標、熱力學溫標和國際實用溫標。溫度測量方式有接觸式和非接觸式兩大類。接觸式測溫法是將傳感器置于與物體相同的熱平衡狀態(tài)中,使傳感器與物體保持同一溫度的測溫方法。非接觸式儀表測溫的范圍廣,不受測溫上限的限制,也不會破壞被測物體的溫度場,反映速度快;但受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水汽等外界因素的影響,其測量誤差較大。2.熱電偶測溫基本原理(參考文獻【2】)熱電偶的測溫原理基于熱電效應,如圖1所示。將兩種不同材料的導體A和B串接成一個閉合回路,當兩個接點電T和T0的溫度不同時,如果T>T0在回路中就會產(chǎn)生熱電動勢,并在回路中有一

4、定大小的電流,此種現(xiàn)象稱為熱電效應,記為EAB,導體A,B稱為熱電極。接點T通常是焊接在一起的,測量時將它置于測溫場所感受被測溫度,故稱為測量端(或工作端、熱端)。接點T要求溫度恒定,稱為參考端(或冷端)。熱電動勢是由兩種導體的接觸電勢和單一導體的溫差電勢所組成,熱電動勢的大小與兩種導體材料的性質(zhì)及接點溫度有關。圖1熱電偶回路2.1接觸熱電動勢當兩種電子密度不同的導體A與B接觸時,接觸面上就會發(fā)生電子擴散,電子從電子密度高的導體流向密度低的導體。電子擴散的速率與兩導體的電子密度有關并和接觸區(qū)的溫度成正比。設導體A和B的自由電子密度為NA和NB,且NA>NB,電子擴散的結果使導體A失去電子

5、而帶正電,導體B則獲得電子而帶負電,在接觸面形成電場。這個電場阻礙了電子的擴散,達到動平衡時,在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位差,即接觸電勢,其大小為： (1)式中k玻耳茲曼常數(shù),k=1.38×10-23J/K;e電子電荷量,e=1.6×10-19C;T接觸處的溫度,K;NA,NB分別為導體A和B的自由電子密度。2.2溫差電動勢因?qū)w兩端溫度不同而產(chǎn)生的電動勢稱為溫差電勢。由于溫度梯度的存在,改變了電子的能量分布,高溫端(T)電子將向低溫端(T0)擴散,致使高溫端因失去電子帶正電,低溫端因獲電子而帶負電。因而在同一導體兩端也產(chǎn)生電位差,并阻止電子從高溫端向低溫端擴散,于是電子擴散

6、形成動平衡,此時所建立的電位差稱為溫差電勢,它與溫度的關系為: (2) 式中為湯姆遜系數(shù),表示溫差1所產(chǎn)生的電動勢值,其大小與材料性質(zhì)及兩端的溫度有關。2.3熱電偶回路總電動勢導體A和B組成的熱電偶閉合電路在兩個接點處有兩個接觸電勢eAB(T)與eAB(T0),又因為T>T0,在導體A和B中還各有一個溫差電勢。所以閉合回路總熱電動勢EAB(T,T0)應為接觸電動勢和溫差電勢的代數(shù)和,即: (3)對于已選定的熱電偶,當參考溫度恒定時,總熱電動勢就變成測量端溫度T的單值函數(shù),即:2.4有關熱電偶測溫的基本定律2.4.1均質(zhì)導體定律由一種均質(zhì)導體組成的閉合回路,不論導體的橫截面積、長度以及溫度

7、分布如何均不產(chǎn)生熱電動勢。如果熱電偶的兩根熱電極由兩種均質(zhì)導體組成,那么,熱電偶的熱電動勢僅與兩接點的溫度有關,與熱電偶的溫度分布無關。2.4.2中間導體定律在熱電偶回路中接入第三種材料的導體,只要其兩端的溫度相等,該導體的接入就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。根據(jù)這一定則,若把連接導線和顯示儀器看成第三種導體,只要他們的兩端溫度相同,則不影響總熱電動勢。2.4.3中間溫度定律熱電偶兩結點的溫度分別為T、T0時所產(chǎn)生的熱電動勢等于該熱電偶T,以及、時的熱電動勢的代數(shù)和,即有下式: (4)中間溫度定律是制定熱電偶分度表的理論基礎。在一般工程測量中,自由端常常不是零度而是室溫或其它溫度,通過上式及

8、熱電偶分度表計算工作端的溫度。2.4.4參考電極定律兩種導體A,B分別與參考電極C(或稱標準電極)組成熱電偶,如果他們所產(chǎn)生的熱電動勢為已知,A和B兩極配對后的熱電動勢可用下式求得: (5)可見,只要知道兩種導體分別與參考電極組成熱電偶時的熱電動勢,就可以依據(jù)參考電極定律計算出兩導體組成熱電偶時的熱電動勢,從而簡化了熱電偶的選配工作。2.5熱電偶的選擇熱電偶結構類型很多，其特性及應用環(huán)境不同，在選擇熱電偶測溫時，應從溫度變化、測量精度要求，安裝及維護方便、價格高低等幾個方面綜合考慮，常用熱電偶的特性及應用環(huán)境如表2所示。為了適應需要。目前已研制出多種特殊性能熱電偶，舉例如下：1. 鎢銅系熱電偶

9、鎢銅系材料是目前較好的超高溫材料，測溫范圍可達0°C-3000°C。例如鎢錸5-鎢錸20熱電偶，一般測溫范圍為300°C-2400°C時，精度可達到1%，且熱電勢大，適用于高溫測量；但尚未合適延長導線，測溫時應采用0度恒溫法或軟件法實現(xiàn)冷端補償。 表2常用熱電偶工作特性及適應溫度名稱（代號）分度號適應溫度/°C工作特性鉑銠10-鉑（WRLB）LB-3，S0-1600熱電偶特性穩(wěn)定，抗氧化，測量精度高，范圍大，宜制成標準熱電偶鉑銠30-鉑銠（WRLL）LL-2，B0-1800比鉑銠10-具有更穩(wěn)定的熱電特性和精度、更大的測溫范圍，熱電勢更小，可作

10、為標準熱電偶；冷端溫度在50°C以下可不考慮冷端誤差鎳鉻-鎳硅（鋁）（WREU）EU-2，K-1350熱電勢打，熱電熱心接近于線性，有較強的抗氧化性和抗腐蝕性。復制性好，價格便宜，工業(yè)應用廣泛；測量精度和穩(wěn)定性稍差鎳鉻-康銅（WRRA）E-1100熱電勢大，熱電特性線性，價格便宜，適于在還原性和中性氣體中使用；測量范圍小銅-康銅CK-670熱電勢大，價格低；高溫下銅極易氧化2. 鎳鉻金鐵熱電偶這類熱電偶低溫性能極好，在絕對溫度1-300范圍，熱電勢大且穩(wěn)定，適用于超低溫測量。3. 薄膜熱電偶這是由兩種不同的金屬材料蒸鍍到絕緣薄片上而形成的薄片式熱電偶，薄膜厚度一般為0.01-0.1m

11、m,平面尺寸也很小，因而測溫靈敏度高，反應快（毫秒級），適用于溫度變化快的場合。4. 非金屬電熱級電偶這類熱電偶是用石墨和難以熔化的化合物做成熱電級，用于測量2000°C以上的高溫，其工作穩(wěn)定性好，熱電勢大，價格不高，具有取代貴重金屬高溫熱電偶的開發(fā)價值。但這種熱電偶復制性差，機械強度小、脆性大，使用場合受到很大限制。3.熱電偶測溫系統(tǒng)設計(參考文獻【3】) 在這里對工業(yè)循環(huán)冷水系統(tǒng)設計，需要對管路內(nèi)的水質(zhì)進行溫度測量要求測量速度小于1s,精度1°C，采用單片機系統(tǒng)控制測量。 在常規(guī)液體測溫應用中，需要對傳感器進行鎧裝保護，即將傳感器封裝到導熱陶瓷或金屬套管中，但鎧裝會增加

12、敏感元件熱容量，極大的降低傳感器對溫度的響應時間。普通凱裝熱電偶或熱電阻的溫度響應時間約為10s以上，特殊鎧裝的約為5s以上，這顯然不滿足此系統(tǒng)設計要求。因而，在此采用熱電偶導線自作傳感器的封裝。與熱電阻相比。熱電偶導線與工作的焊點小，焊點直徑約為1mm，因此敏感元件質(zhì)量非常小，最終測溫的響應時間較小。通過標準儀器校驗，對傳感器輸入一個50°C的階躍型號，其響應時間在1s以下，且信號的傳送利用熱電偶絲完成，因此容易封裝。3.1放大電路 測溫采用的是K型熱電偶，由于對水進行測溫。其測量范圍為0°C-100°C,對應的輸出熱電動勢在5mv以下，輸入微弱信號，熱電偶的工

13、作端通過熱電偶導線的保護套管接入水路，參考端直接連入測量電路。其工作端和參考端距離較遠，容易引入共模干擾，因此采用儀表放大電路來設計測量電路。 AD620是美國AD公司推出的單片機儀表放大器，采用標準8腳雙列直插式封裝和8腳貼片式封裝，放大倍數(shù)有外接的精密電阻決定。 AD620的管腳功能和基本接法如圖3所示，2腳和3腳是高阻輸入端，6腳是輸出端，7腳接正負電源，5腳接參考地，電壓放大倍數(shù)由1腳和8腳間外接的精密電阻決定： AD620是單片精密儀表放大器，非線性失真小，共模共模抑制比高，低漂移和低噪聲，非常在適合惡劣條件下對采集的微弱信號進行放大。采用AD620儀表放大器對熱電偶輸出信號進行 放

14、大的電路如圖4所示，熱電偶導線連接到AD620的兩個輸入端，其中3腳直接接地，為放大器的輸入偏置電流提供直流返回通路;同時，單端接線方式使得熱電偶導線上的共模信號在放大器輸入端抵消，放大電路采用雙極性5V電源供電，電阻RG取51 ，得到放大倍數(shù)為970倍。3.2測量方法 圖5是溫度測量系統(tǒng)的整體原理框圖，由熱電偶傳感器將溫度信號轉(zhuǎn)換為電動勢信號，再將AD260組成放大電路，多路開關送至A/D轉(zhuǎn)換器，最終將轉(zhuǎn)換結果送到MCU。在放大電路輸入端，配置一個集成溫度傳感器LM135，檢測冷端環(huán)境溫度，其輸出信號經(jīng)多路開關、A/D轉(zhuǎn)換器至MCU，其測量結果作為參考溫度對熱電偶的測量結果進行冷端補償。最終

15、的補償結果由MCU通過RS232接口送至監(jiān)控計算機。圖5 溫度測量系統(tǒng)整體原理框圖圖中LM135是PN結反向運用狀態(tài)的感溫器件，可作為二端工作的齊納二級管，其擊穿電壓正比于絕對溫度，測溫范圍為（-55-150）°C，靈敏約為10mV/K,在25°C時輸出電壓為2.98V。由于冷端環(huán)境溫度為常溫，因此LM135輸出電壓無須放大，直接入A/D轉(zhuǎn)換器。MCU根據(jù)LM135輸出的冷端溫度，結合K型熱電偶的分度表，利用熱電偶的中間溫度定律進行冷端校正。參考端溫度為0°C時，K型熱電偶分度表如圖5所示。圖5 K型熱電偶分度表溫度 電勢值 溫度 電勢值 溫度 電勢值 溫度 電勢

16、值 溫度 電勢值 溫度 電勢值 溫度 電勢值 () (mV) () (mV) () (mV) () (mV) () (mV) () (mV) () (mV)00582.3541164.7561747.12329.42329011.79534814.20910.039592.3951174.7971757.142339.46429111.83634914.25120.079602.4361184.8381767.182349.50429211.87735014.29330.119612.4781194.8791777.222359.54529311.91935114.33540.158622.5

17、191204.921787.262369.58529411.9635214.37750.198632.5611214.9611797.32379.62629512.00135314.41960.238642.6021225.0021807.342389.66629612.04335414.46170.277652.6441235.0431817.382399.70729712.08435514.50380.317662.6851245.0841827.422409.74729812.12635614.54590.357672.7271255.1241837.462419.78829912.16

18、735714.587100.397682.7681265.1651847.52429.82830012.20935814.629110.437692.811275.2061857.542439.86930112.2535914.671120.477702.8511285.2471867.5792449.90930212.29136014.713130.517712.8931295.2881877.6192459.9530312.33336114.755140.557722.9341305.3281887.6592469.99130412.37436214.797150.597732.97613

19、15.3691897.69924710.03130512.41636314.839160.637743.0171325.411907.73924810.07230612.45736414.881170.677753.0591335.451917.77924910.11330712.49936514.923180.718763.11345.4911927.81925010.15330812.5436614.965190.758773.1421355.5321937.85925110.19430912.58236715.007200.798783.1841365.5721947.89925210.

20、23531012.62436815.049210.838793.2251375.6131957.93925310.27631112.66536915.091220.879803.2671385.6531967.97925410.31631212.70737015.133230.919813.3081395.6941978.01925510.35731312.74837115.175240.96823.351405.7351988.05925610.39831412.7937215.217251833.3911415.7751998.09925710.43931512.83137315.2592

21、61.041843.4331425.8152008.13825810.4831612.87337415.301271.081853.4741435.8562018.17825910.5231712.91537515.343281.122863.5161445.8962028.21826010.56131812.95637615.385291.163873.5571455.9372038.25826110.60231912.99837715.427301.203883.5991465.9772048.29826210.64332013.0437815.469311.244893.641476.0

22、172058.33826310.68432113.08137915.511321.285903.6821486.0582068.37826410.72532213.12338015.554331.326913.7231496.0982078.41826510.76632313.16538115.596341.366923.7651506.1382088.45826610.80732413.20638215.638351.407933.8061516.1792098.49926710.84832513.24838315.68361.448943.8481526.2192108.53926810.

23、88932613.2938415.722371.489953.8891536.2592118.57926910.9332713.33138515.764381.53963.9311546.2992128.61927010.97132813.37338615.806391.571973.9721556.3392138.65927111.01232913.41538715.849401.612984.0131566.382148.69927211.05333013.45738815.891411.653994.0551576.422158.73927311.09433113.49838915.93

24、3421.6941004.0961586.462168.77927411.13533213.5439015.975431.7351014.1381596.52178.81927511.17633313.58239116.017441.7761024.1791606.542188.8627611.21733413.62439216.059451.8171034.221616.582198.927711.25933513.66539316.102461.8581044.2621626.622208.9427811.333613.70739416.144471.8991054.3031636.662

25、218.9827911.34133713.74939516.186481.9411064.3441646.7012229.0228011.38233813.79139616.228491.9821074.3851656.7412239.06128111.42333913.83339716.27502.0231084.4271666.7812249.10128211.46534013.87439816.313512.0641094.4681676.8212259.14128311.50634113.91639916.355522.1061104.5091686.8612269.18128411.

26、54734213.95840016.397532.1471114.551696.9012279.22228511.5883431440116.439542.1881124.5911706.9412289.26228611.6334414.04240216.482552.231134.6331716.9812299.30228711.67134514.08440316.524562.2711144.6741727.0212309.34328811.71234614.12640416.566572.3121154.7151737.062319.38328911.75334714.16740516.

27、608當LM135輸出的冷端溫度為23°C勢，而熱電偶輸出的熱電動勢的測量值為1.200mv,根據(jù)中間溫度定律：,首先查表得=0.919mv,而為1.200mv，則計算出為2.119mv,在查表得實際溫度為52.5°C。4.熱電偶軟件優(yōu)化方法（參考文獻【4】5）4.1軟件化測溫原理如前所述，由于讓冷端保持為0的恒溫比較困難，也使測量裝置變得復雜，因此直接測量是比較麻煩的，且也沒有這個必要。根據(jù)公式(4)可得 (6)如果已知和，則依據(jù)公式(6)就可計算得到，、通過反求分度表即可得到待測的溫度t。由于這種方法不需要冷端恒溫或溫度補償裝置，可以大大簡化硬件電路，但需要通過數(shù)值計算

28、的方法來實現(xiàn)溫度測量，故稱為軟件化測溫。 事實證明，直接測量和，不僅是可能的，而且也十分方便，可以獲得很高的精度。其中是熱電偶的冷端(溫度為to)不作任何處理時直接測量獲得的熱電勢; 為熱電偶工作端為、冷端為0時的熱電勢，這可以通過先測量t。再查分度表來獲得。4.2軟件測溫的步驟4.2.1的測量 由于熱電勢信號比較微弱(mV級)，檢測時一般需要進行放大處理。在圖1所示電路中，經(jīng)過PGA電路(可編程增益放大器)放大后，得到，其幅值范圍是0-5. OV，這樣便于后續(xù)的A/D轉(zhuǎn)換和微處理器數(shù)據(jù)采集工作。其測量電路圖如下。在這里采用了精密的增益可編程儀表放大器LTC6915,可以獲得0,1,2,4,8

29、,16,32,64,128,256,512,1 024,2 048或4 096等14級增益，可以滿足同類型的熱電偶測溫需要。比如1 000時S型熱電偶輸出熱電勢約9.5 mV，而E型的熱電勢可達75 mV以上，因此前者的增益可設為512，后者的增益可設為64。LTC6915的增益可由軟件通過D3-DO來設置，且誤差小于0.1%，能夠保證熱電勢的檢測精度。 根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換的結果ADvalue值(數(shù)字量)，可以計算得到的大小 （7）式中:Gain測量電路的增益值NA/D轉(zhuǎn)換的位數(shù),A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓值為5.0V 4.2.2端溫度的測量及的計算 一般情況下，熱電偶的冷端處于自然環(huán)境中，其溫度范圍為

30、0-50C，因此可采用基于恒流源的高精度集成溫度傳感器AD590來檢測。其測量電路圖如下。根據(jù)AD590的特性及以上測量電路，有 (8式中:輸出電壓，由A/D轉(zhuǎn)換電路檢測 AD590的電流溫度系數(shù)，為冷端所處的環(huán)境溫度()。 由于與具有簡單而良好的線性關系，因此通過對測量就可以得到值。利用熱電偶分度表，很容易求取與溫度t。對應的值，可以采用查表法或公式計算法。前者需要存儲大量的數(shù)據(jù)表格，而且查表時也要進行分段的內(nèi)插運算，過程比較繁瑣;后者則可以利用擬合得到的分度表E-t關系式直接計算得到，較為簡便。但需要注意的是，因關系具有非線性，擬合時必須保證足夠的精度。 擬合得到的S型熱電偶在0一50區(qū)間

31、的E-t關系式為 (9)4.2.3 的計算 在以上步驟基礎上結合公式（6）即可求出。4.2.4 由反求t 熱電偶分度表給出的是關系，且溫度為輸人量，熱電勢E作為輸出量，所以在此不能直接使用關系式進行計算，必須求出其反函數(shù)。由于熱電偶的關系式是非線性的，是多項式函數(shù)，直接用數(shù)學變換的方法難以求取其反函數(shù)，因此可采用一元函數(shù)的最小二乘法，對分度表給定的數(shù)據(jù)進行多項式擬合，從而求出的關系式。 利用matlab程序?qū)D5中K型熱電偶分度進行多項式擬合，為了結果精確溫度，這里我們采用分段擬合，結果見表6.多項擬合公式如下 段號熱電勢范圍 mV溫度范圍°C線性表達式10-122070-300T=

32、24.6189931E-0.191296062212207-29128300-700T=23.5660E+13.463135329128-38122700-920T=24.3979E-11.073529438122-46238920-1130T=25.8932E-57.846758546238-523981130-1300T=27.6751E-150.1536 表6 K型熱電偶分度擬合表表 該測溫方法可以用于不同類型的熱電偶。在特定的測溫區(qū)間內(nèi)因各型熱電偶的熱電勢大小不同，為防止信號超量程，需要設定不同的電路增益，并注意調(diào)用不同的擬合公式。這些擬合公式可以預先做好并存人程序代碼中。 當然，由于

33、軟件化測溫方法需要完成一定量的浮點運算，因此適合于具有較強浮點運算功能的處理器系統(tǒng)。 5熱電偶測溫誤差時間常數(shù)分析(參考文獻【6】)5.1測溫與誤差由于熱電偶的熱接點具有一定的熱容量,熱接點從介質(zhì)中吸收熱量后,加熱自身提高溫度到穩(wěn)定值需要一定的時間,在時間上總是要滯后于被測介質(zhì)溫度的變化,即測量的指示溫度總是滯后于被測介質(zhì)的實際溫度,引起溫度偏差,從而產(chǎn)生動態(tài)誤差。由牛頓冷卻定律可知,熱接點的熱平衡方程為: 式中,為熱電偶的動態(tài)指標,即時間常數(shù); 為熱接點溫度;t為時間;T為介質(zhì)真實溫度。對于不同的結構、不同的熱交換條件、不同的被測介質(zhì)狀態(tài),其時間常數(shù)也不相同,它是熱電偶測量溫度產(chǎn)生誤差的主要

34、因素之一。5.2測溫誤差的時間常數(shù)分析熱交換有三種基本方式:對流方式,輻射方式和傳導方式。不同傳熱方式,具有不同的熱平衡關系,導致不同的過渡過程。在對流傳熱方式下,測量氣體介質(zhì)溫度,當測量點處于熱平衡時,由牛頓冷卻定律可知,熱接點的熱平衡方程為:整理得:式中, 為時間常數(shù),Tc為傳感器指示溫度,t為時間, 被測氣體的瞬時真實溫度。上式即為熱電偶對被測介質(zhì)溫度變化的動態(tài)響應。它表明測量滯后量()與時間常數(shù)有關,與測熱點溫度變化速率有關,該測溫系統(tǒng)為一階系統(tǒng)。對于測量恒定溫度,則有:式中, 為被測溫度, 為動態(tài)誤差。由此可見, 值越大,到達穩(wěn)定值的時間就越長,動態(tài)誤差就越大。對于測量線性變化的溫度

35、,熱接點的熱平衡方程表達式為:式中, 為被測溫度的初始值,B為被測溫度的變化率。同理可以分析出, 值越大,動態(tài)誤差就越大。對于測量以正弦函數(shù)變化的溫度,當時,熱電偶的溫度與時間的關系式可近似表達為:式中, 為正弦函數(shù)的幅值, 為角頻率。分析上式可知,由于滯后角,值越大,角就越大,幅值也就越小。經(jīng)過上述分析,可以看出要快速準確地測量溫度,必須有效地減小動態(tài)測量誤差,即減小時間常數(shù)值。5.3綜上可以知道：對于任何測量,誤差都是不可避免的。通過分析熱電偶測溫誤差的原因,我們就可以有的放矢地去減小測量誤差。對于減小動態(tài)測量誤差,就必須有效地控制時間常數(shù)值。因為時間常數(shù)式中,C為熱接點的比熱為熱接點材料

36、的密度,V為熱接點的體積, 為傳熱系數(shù), 為熱接點的表面積,所以,在進行高精度的溫度檢測時,熱電偶的選擇應選擇比熱C小、密度小和傳熱系數(shù)大的熱電極,以便減小時間常數(shù)值。隨著電子技術的不斷發(fā)展,還可采用RC微分電路進行信號處理,校正熱電偶的動態(tài)特性。總之,通過探討時間常數(shù)對測溫的影響,對指導工業(yè)生產(chǎn)提供了可靠的技術依據(jù),具有一定的實用價值。6 熱電偶冷端補償技術(參考文獻【6】)由熱電偶測溫原理知道，只有當熱電偶冷端溫度保持不變時，熱電勢才是被測溫度的單值函數(shù)。在應用時熱電偶熱端與冷端距離很近，冷端又暴露于空間中，容易受到環(huán)境溫度及設備或管道中介質(zhì)溫度的影響，故冷端溫度難以保持恒定，為此必須進行

37、補償。6.1補償導線法由于兩種不同類型的金屬結合在一起會產(chǎn)生電位差，所以熱電偶與測量系統(tǒng)的連接也會產(chǎn)生電壓。一般把連接點放在隔熱塊上以減小這一影響，使兩個節(jié)點處于同一溫度下，從而降低誤差。有時候也會測量隔熱塊的溫度，以補償溫度的影響。由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，準確測量溫度，必須設法使自由端延伸到遠離被測對象且溫度又比較穩(wěn)定的地方。如果把熱電偶做得很長，則安裝使用不方便，因熱電極多為貴金屬，所以成本高。人們從實踐中發(fā)現(xiàn)某些便宜金屬組成的熱電偶在0100范圍內(nèi)其熱電特性與已經(jīng)標準化的熱電偶的熱電特性非常接近。因此

38、，可以用這些導線來代替原有熱電極將熱電偶的自由端延伸出來，這種方法稱為補償導線法。不同的熱電偶要求配用不同的補償導線。使用補償導線時,補償導線的正、負極必須與熱電偶的正、負極同名端對應相接。正、負兩極的接點溫度應保持相同，延伸后的自由端溫度應當恒定，這樣應用補償導線才有意義。對常用的鉑銠-鉑熱電偶，補償導線銅-鎳銅；鎳鉻鎳硅熱電偶，補償導線銅-康銅；對鎳鉻-考銅、銅-康銅等廉價金屬制成的熱電偶，則可用本身材料做補償導線將冷端延伸到溫度恒定的地方。此外熱電偶和補償導線連接處溫度不應超過100，同時所用補償導線不應選錯，否則會由于熱電特性不同而帶來新的誤差。6.2熱電偶的自由端溫度補償利用熱電偶測溫，其溫度與熱電勢關系曲線是在自由端溫度為0時分度的，我們利用補償導線僅僅使自由端延伸到了溫度較低或比較穩(wěn)定的操作室，并沒有保證自由端溫度為0，因此，