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热电偶使用说明(5热电偶的冷端温度补偿)

5、热电偶的冷端温度补偿

5.1 冷端温度补偿
根据热电偶工作原理,对于一定材料的热电偶,其热电势的大小与冷端和热端的温度有关,只有当冷端温度固定,热电势才与热端温度成一一对应关系(即单值函数)。标准分度表是在规定冷端温度为0℃的情况给出的,而实际使用热电偶时,冷端温度不可能固定在0℃,因此在实际使用热电偶时必须对冷端温度加以技术处理,以补偿热电偶的环境温度至0℃之间的热电势,这一过程方法称为热电偶的冷端温度补偿。以下分别介绍四种冷端温度补偿方法。

5.2 使用冰点器
将热电偶的正负极分别与铜导线连接,并把连接点置入冰点器(盛有冰水混合物的容器)中,再将铜导线与显示仪表或电位差计连接,根据连接导体定律和均质导体定律可知,这时测得的热电动势就是热电偶的总电势,反应的温度就是测量端的真实温度。这种方法较复杂但准确度高,多用于计量部门和实验室中的精确测量。

5.3 使用补偿导线
热电偶在实际应用中,一般冷端都距测温点很近,冷端温度受热端温度变化的影响较大,冷端温度不稳定就无法进行补偿,热电偶做得太长又不经济。根据连接导体定律可知,用补偿导线连接热电偶与显示仪表就相当于将热电偶的冷端延长到了温度相对稳定的控制室或仪表柜中,再进行补偿就很容易了。

5.4 显示仪表补偿
将热电偶的正负极直接用补偿导线引入到显示仪表中,在室温时冷端热端温度相等没有热电势输出,显示仪表一般显示为0℃。如果将显示仪表的零位设置为当前的环境温度,就补偿了热电偶从0℃到当前的环境温度这一段的热电势。现在显示控制仪表内部都设计有自动温度补偿装置,具体补偿的温度将由内置电阻测得当前的环境温度自动加进温度显示回路中。
采用显示仪表补偿时一定要用补偿导线把热电偶的冷端引到温度相对稳定的控制室或仪表柜中。这是工业生产中使用最广泛的热电偶冷端温度补偿方法。

5.5 计算校正
热电偶输出的热电势实际上是热端温度对应的电势值减去冷端温度对应的电势值之差。如果冷端温度恒定可测(一般采用补偿导线将冷端引到了温度相对稳定的控制室或仪表柜中),那么实际应用中就可以通过显示仪表修正或计算修正两种方法进行冷端温度补偿,而不需采用复杂的冰点器。计算举例如下:
用s型热电偶测电炉温度,用s型补偿导线连接热电偶和电位差计,电位差计测得热电势为9.902mv,电位差计所处位置的环境温度为22℃,那么热电偶此时测得的电炉的实际温度为:

e(t,0) = e(t,22)+ e(22,0)= 9.902 + 0.125 = 10.027mv

查s型分度表可知:22℃对应的热电势为0.125mv,10.027mv对应的温度值为1038.2℃,1038.2℃就是热电偶此时测得的电炉的实际温度。如果不进行补偿,9.902mv对应的温度值为1027.4℃,相差10.8℃。
实际应用中,要根据热电偶的测温原理及定律,灵活运用热电偶冷端补偿方法。根据现场条件决定采用哪种补偿方法,有时还要同时采用两种补偿方法。注意不要把冷端温度简单地加进显示温度中,而要换算成电势值进行计算,最后再查分度表换算回温度值。

来源:江苏恒力炉业有限公司发表于:2013.09.05
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