溫度測量與熱電偶冷端補(bǔ)償

Ill溫度測量溫度測量是測量領(lǐng)域最重要的功能之一，頻繁應(yīng)用于氣象觀測、環(huán)境研究、實(shí)驗(yàn)室以及其他各種生產(chǎn)過程。在特定條件下的產(chǎn)品制造與工業(yè)質(zhì)量保持穩(wěn)定方面，溫度測量是基礎(chǔ)且十分重要。因此，本文將描述工業(yè)領(lǐng)域溫度測量中廣泛使用的溫度傳感器的熱電偶和電阻溫度傳感器(RTD)的測量原理及熱電偶冷端補(bǔ)償相關(guān)知識。熱電偶熱電偶測溫的基本原理：兩個不同導(dǎo)體A與B串接成一個閉合回路，如圖a所示，當(dāng)兩個接點(diǎn)的溫度不同時(設(shè)T>T0)，回路中就會產(chǎn)生熱電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象是1821年德國科學(xué)家賽貝克(T.Seebeck)發(fā)現(xiàn)的，所以又稱塞貝克效應(yīng)。溫廈溫廈CC圖b熱電勢的測定溫廈溫廈CC圖b熱電勢的測定金屬日團(tuán)自塞貝克效應(yīng)熱電偶的基本構(gòu)成：導(dǎo)體的A和B稱為熱電偶的熱電極。放置在被測對象中的接點(diǎn)稱為測量端，習(xí)慣上又叫做熱端。另一接點(diǎn)稱為參考端，習(xí)慣上又叫冷端。熱電動勢的測量:熱電動勢包括接觸電勢和溫差電勢。溫差電勢遠(yuǎn)比接觸電勢小，可以忽略。這樣閉合回路中的總熱電勢可近似為接觸電勢。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)把熱電勢EAB（T,T0）和溫度T的關(guān)系繪成曲線或列成表格（分度表），則只要用儀表測得熱電勢，就可以求出被測溫度T。A接觸屮勢羞電螞A接觸屮勢羞電螞E,JT)在理解熱電偶測溫原理時我們需要知道熱電偶的幾個特性:組成熱電偶回路的兩種導(dǎo)體材料相同時，無論兩接點(diǎn)溫度如何，回路總熱電勢等于零。如果熱電偶兩接點(diǎn)的溫度相同，T=T0，則盡管導(dǎo)體A，B材料不同，熱電偶回路的總電勢亦為零。熱電偶回路的總電勢僅與兩接點(diǎn)溫度有關(guān)，與A、B材料的中間溫度無關(guān)。在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體時，只要這根導(dǎo)體的兩端溫度相同，則不會影響原來回路的總熱電勢。這一性質(zhì)稱為中間導(dǎo)體定律。在用熱電偶絲進(jìn)行溫度測量時，熱電偶的冷端補(bǔ)償是必不可少的。那為什么要進(jìn)行冷端補(bǔ)償呢？從熱電偶的測溫原理知道，熱電偶熱電勢大小不但與熱端溫度有關(guān)，而且與冷端溫度有關(guān)。只有在冷端溫度恒定的情況下，熱電勢才能正確反映熱端溫度大小。在實(shí)際運(yùn)用中，熱電偶冷端受環(huán)境溫度波動的影響較大，因此冷端溫度不可能恒定，而要保持輸出電勢是被測溫度的單一函數(shù)值，必須保持一個節(jié)點(diǎn)溫度恒定。熱電偶技術(shù)條件都是指冷端（非工作端）處在0C時的電動勢，要求工作時，保持0C，這樣熱電勢才能正確反映熱端溫度大小，否則就會產(chǎn)生誤差。

AGET背室溫AGET背室溫有很多種可用于測量溫度的熱電偶類型，它們的溫度電動勢特性如下圖:￡￡>?:ft--271.：IE-Tflfli￡$Cc)-IftnV下表總結(jié)了典型的熱電偶類型及其優(yōu)缺點(diǎn):類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)B1.適用于1000°C或以上的高溫測量。1.中低溫范圍內(nèi)導(dǎo)熱性低，600C或2.室溫下具有非常低的導(dǎo)熱性，無需補(bǔ)600C以下時無法進(jìn)行測量。償導(dǎo)線。2.低靈敏度。3.極好的耐酸性和耐化學(xué)性。3.低溫差電動勢線性。4.價格昂貴。R/S1.高精確性和低變更、低退化性。1.低靈敏度。

2.3.極好的耐酸性和耐化學(xué)性。可作為標(biāo)準(zhǔn)使用。2.3.4.易受還原氣氛影響(尤其是氫氣或金屬蒸氣)。導(dǎo)致重大的補(bǔ)償導(dǎo)線錯誤。價格昂貴。N1.具有極好的溫差電動勢線性。1.不適用于還原氣氛。2.在1200C或1200C以下具有極好的2.與貴金屬熱電偶相比，易遭受大的長期耐酸性。的改變。3.不受短程排序影響。K1.具有極好的溫差電動勢線性。1.不適用于還原氣氛。2.在1000C或1000C以下具有極好的2.與貴金屬熱電偶相比，易遭受大的長期耐酸性。的改變。3.在賤金屬熱電偶中具有極好的穩(wěn)定3.易受短程排序?qū)е碌腻e誤影響。性。E1.是當(dāng)前最靈敏的熱電偶。1.不適用于還原氣氛。2.具備比J類型更好的耐熱性。2.有輕微磁滯現(xiàn)象。3.兩個支架都是無磁的。J1.可用于還原氣氛。1.正極(“+")鐵支架易生銹。2.導(dǎo)熱性高出K類型約20%。2.特性不穩(wěn)定。T1.具有極好的溫差電動勢線性。1.低使用限制。2.在低溫下仍有很好的特性。2.正極(“+")銅支架易氧化。3.質(zhì)量變化小。3.導(dǎo)致重大的熱傳導(dǎo)錯誤。4.可用于還原氣氛。熱電阻電阻由極細(xì)的金屬線構(gòu)成，主要使用鉑、銅和鎳等材料。符合JIS標(biāo)準(zhǔn)的熱電阻只能由鉑制成。熱電阻由于和熱電偶的測溫原理完全不同，所以它具備一些自己的特征，具體如下:不能進(jìn)行650°C以上的高溫測量。測量靈敏度約為熱電偶的10倍。能夠長期穩(wěn)定測量。機(jī)械強(qiáng)度低。響應(yīng)慢，不易測量微小或狹窄的部分。通過測量電流產(chǎn)生熱量。抗干擾性強(qiáng)。導(dǎo)線電阻會導(dǎo)致測量誤差。熱電阻的溫度電阻率特性如下圖:

om%2〔溫度七〕om%2〔溫度七〕金屬的電阻值隨著溫度的升高而增加，O°c時100Q的鉑電阻，當(dāng)溫度升高至100°C時，電阻值為138.5Q。即溫度每上升或下降一度，電阻變化0.385Q。熱電阻的測溫原理:熱電阻中通過一定的電流，用熱電阻兩端的電壓值除以這個電流值就可以求得熱電阻的電阻值，然后將其換算成溫度。電路中的電流分為三種：0.5mA、1mA和2mA三種。電流值超過容許電流時會導(dǎo)致自身加熱，從而容易產(chǎn)生測量誤差。相反，如果電流過小，則產(chǎn)生的電壓變低，測量就會變得很困難。所以，一般情況下使用2mA，高精度測量時使用0.5mA或1mA。為了克服由于導(dǎo)線電阻對溫度測量造成的誤差，一般會采用三線制或四線制補(bǔ)償電路。三線制測溫時，線上電阻rA和rB阻值相