热电偶在现场测温时冷端温度的补偿措施

张东风,沈思雯

（山东电力高等专科学校,山东 泰安 271000）

热电偶在工业现场中的应用非常广泛，使用中由于冷端温度不符合要求容易引起误差，为了提高测量的准确度，采取来各种处理方法。

1 仪表机械零点调整法

仪表的机械零点是指无输入信号时，仪表指针所指示的数值。对于具有零位调整的显示仪表，若热电偶冷端温度t0较为恒定，可将显示仪表的机械零点调至t0处，这相当于在输入热电偶的热电动势EAB（t，t0）之前就给显示仪表输入了修正值EAB（t0，0）。

图1 仪表机械零点调整法示意

2 冷端恒温法

冰点槽法。将热电偶冷端置于冰点槽内，使其保持在0℃，该方法一般用于实验室。

恒温炉法。该方法是将热电偶冷端置于恒温炉中，生产中一般采用50℃恒温炉。

3 补偿电桥法（冷端温度补偿器）

冷端温度补偿器是根据不平衡电桥原理设计的，其工作原理见图2。R1，R2，R3均为电阻温度系数很小的锰铜电阻，作为该电桥的固定桥臂。R4为铜电阻，其阻值随环境温度的变化而变化。冷端温度补偿器由4V直流电源供电，电阻R为串联在电源回路里的降压电阻，是配用不同分度号的热电偶时作为调整补偿电动势的电阻。

图2 冷端温度补偿器工作原理

冷端温度补偿器在热电偶线路上的附加电阻值（即桥路内阻）约为lΩ左右。

4 补偿热电偶法

该方法的理论依据是中间温度定律，它是用补偿热电偶产生的热电动势来补偿测温热电偶因冷端温度变化所产生的误差。

补偿热电偶和测温热电偶通过切换开关和显示仪表串接起来，使冷端温度变化所引起的测温误差得到补偿。

补偿热电偶可以是一支或多支测温热电偶，也可以是用测温热电偶的补偿导线制成的热电偶。

5 晶体管PN结温度补偿法

近年来还有采用温敏二极管或温敏晶体管对热电偶进行冷端温度补偿的。该方法对温度补偿的灵敏度和准确度都很高。测温时，只要把相应PN结上的电压引入热电偶回路即可实现热电偶冷端温度的自动补偿，如图3所示。

图3 PN结温度补偿原理

实验证明，当冷端温度在-50～+150℃时，若发射结正偏，不管集电结反偏还是零偏，在一定的集电极电流条件下，NPN硅晶体管的基极-发射极正向电压UBE（t0）随冷端温度t0的增加而减小，并有良好的线性关系，如图4所示。

图4 PN结的温度特性曲线

通过调整电位器W，可使UBE（t0）与相应的热电偶配套，即

UBE（t0）=EAB（t0，0）

因此可用电压UBE（t0）来补偿因热电偶冷端温度变化所产生的误差。

6 计算机对冷端温度的自动补偿法

随着计算机分散控制系统的广泛应用，出现了用软件对热电偶冷端温度进行自动补偿的方法，如图5所示。

图5 计算机冷端温度补偿示意图

A、B—热电极；A＇、B＇—补偿导线；tn—热电偶原冷端温度；t0—热电偶新冷端温度热电偶产生的热电动势EAB（t，t0）经补偿导线送入相应的输入模块，该输入模块还接受由其他温度传感器（一般用Pt100）测得的热电偶冷端温度 信号 (一般为Rt0)。EAB（t，t0）和Rt0在输入模块中进行处理并转换成数字信号后，经接口送入计算机，计算机则按预先设计的程序自动计算出真实温度。

为了减少冷端温度信号所占用的输入通道数量，可用补偿导线把所有热电偶的冷端引至同一温度t0处，这样只使用一个冷端温度传感器和一个修正t0的输入通道即可。