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1、 五、热电偶冷端温度处理方法 五、热电偶冷端温度处理方法 1. 对热电偶冷端温度进行处理的原因 1. 对热电偶冷端温度进行处理的原因 热电偶的测温原理表明：热电偶的热电势是两个接点 温度的函数差，只有当冷端温度不变时，热电势才是热端温 度的单值函数。但在实际应用中，热电偶冷端所处环境温度 总有波动，从而使测量得不到正确结果，因此必须对热电偶 冷端温度变化的影响采取补偿措施，使热电偶的热电势只反 映热端温度（被测温度）的变化，而不受冷端温度变化的影 响。 热电偶的测温原理表明：热电偶的热电势是两个接点 温度的函数差，只有当冷端温度不变时，热电势才是热端温 度的单值函数。但在实际应用中，热电偶冷端
2、所处环境温度 总有波动，从而使测量得不到正确结果，因此必须对热电偶 冷端温度变化的影响采取补偿措施，使热电偶的热电势只反 映热端温度（被测温度）的变化，而不受冷端温度变化的影 响。 热电偶冷端温度的处理热电偶冷端温度的处理热电偶冷端温度的处理热电偶冷端温度的处理 中间导体定律中间导体定律 拆开冷端，串入拆开冷端，串入“毫伏计毫伏计”，可以测量热电势，而不影 响总的热电势 等值替代定律 ，可以测量热电势，而不影 响总的热电势 等值替代定律 利用补偿导线来延伸冷端，是把热电偶的冷端从温度较高 和不稳定的现场延伸到温度较低和比较稳定的操作室内 由于操作室内的温度往往高于0，而且也是不恒定的（即使有空
3、调也是不恒定的），这 利用补偿导线来延伸冷端，是把热电偶的冷端从温度较高 和不稳定的现场延伸到温度较低和比较稳定的操作室内 由于操作室内的温度往往高于0，而且也是不恒定的（即使有空调也是不恒定的），这 时，热电偶产生的热电势必然会随冷端温度的变化而变。 因此，在应用热电偶时，只有把冷端温度保持为0，或者进行必要的修正和处理才能得出 准确的测量结果，对热电偶冷端温度的处理称为冷端温度补偿。 目前，热电偶冷端温度主要有以下几种处理方法： 时，热电偶产生的热电势必然会随冷端温度的变化而变。 因此，在应用热电偶时，只有把冷端温度保持为0，或者进行必要的修正和处理才能得出 准确的测量结果，对热电偶冷端温
4、度的处理称为冷端温度补偿。 目前，热电偶冷端温度主要有以下几种处理方法： 计算修正法计算修正法 仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法 恒温法恒温法 电桥补偿法电桥补偿法电桥补偿法电桥补偿法 恒温法恒温法恒温法恒温法( ( ( (冰浴法冰浴法冰浴法冰浴法) ) ) )把热电偶的冷端放入恒温装置中，保持冷端温度为把热电偶的冷端放入恒温装置中，保持冷端温度为把热电偶的冷端放入恒温装置中，保持冷端温度为把热电偶的冷端放入恒温装置中，保持冷端温度为0 0 0 0，多用于，多用于，多用于，多用于 实验室实验室实验室实验室 计算修正法 计算修正法计算修正法计算修正法这种方法适用于实验室或者临时测温。这种方法
5、适用于实验室或者临时测温。这种方法适用于实验室或者临时测温。这种方法适用于实验室或者临时测温。 电桥补偿法（自学）电桥补偿法（自学）电桥补偿法（自学）电桥补偿法（自学）仪表中常用仪表中常用仪表中常用仪表中常用 仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法这种方法适用于对测量准确度要求不高，且冷端温度恒定，这种方法适用于对测量准确度要求不高，且冷端温度恒定，这种方法适用于对测量准确度要求不高，且冷端温度恒定，这种方法适用于对测量准确度要求不高，且冷端温度恒定， 仪表机械零点调整方便的场合。仪表机械零点调整方便的场合。仪表机械零点调整方便的场合。仪表机械零点调整方便的场
6、合。 2 2 2 2、常用的热电偶冷端温度处理办法、常用的热电偶冷端温度处理办法、常用的热电偶冷端温度处理办法、常用的热电偶冷端温度处理办法 （1 1 1 1）计算修正法）计算修正法）计算修正法）计算修正法 若温度显示仪表分度时规定热电偶冷端温度为若温度显示仪表分度时规定热电偶冷端温度为若温度显示仪表分度时规定热电偶冷端温度为若温度显示仪表分度时规定热电偶冷端温度为0 0 0 0，而在使用，而在使用，而在使用，而在使用 中冷端温度为中冷端温度为中冷端温度为中冷端温度为t t t t 0 0 0 0 0 0 0 0时，根据热电偶的中间温度定律，得知在这种时，根据热电偶的中间温度定律，得知在这种时
7、，根据热电偶的中间温度定律，得知在这种时，根据热电偶的中间温度定律，得知在这种 情况下产生的热电势为情况下产生的热电势为情况下产生的热电势为情况下产生的热电势为 E E E EAB ABABAB（ （t t t t，0 0 0 0）E E E EAB ABABAB（ （t t t t，t t t t 0 0 0 0 ）E E E EAB ABABAB（ （t t t t 0 0 0 0 ，0 0 0 0） 式中式中式中式中 E E E EAB ABABAB（ （t t t t，0 0 0 0）冷端为冷端为冷端为冷端为0 0 0 0、热端为、热端为、热端为、热端为t t t t 时的热电势；时的
8、热电势；时的热电势；时的热电势； E E E EAB ABABAB（ （t t t t，t t t t 0 0 0 0 ）冷端为冷端为冷端为冷端为t t t t 0 0 0 0 ，热端为热端为热端为热端为t t t t时的热电势，即实时的热电势，即实时的热电势，即实时的热电势，即实 测值；测值；测值；测值； E E E EAB ABABAB（ （t t t t 0 0 0 0 ，0 0 0 0）冷端为冷端为冷端为冷端为t t t t 0 0 0 0 应加的校正值。应加的校正值。应加的校正值。 举例： 应加的校正值。 举例：举例：举例： 用用用用K K K K型热电偶来测量温度，在冷端温度为型热
9、电偶来测量温度，在冷端温度为型热电偶来测量温度，在冷端温度为型热电偶来测量温度，在冷端温度为t0t0t0t025252525时，时，时，时， 测得热电势为测得热电势为测得热电势为测得热电势为22.9mV22.9mV22.9mV22.9mV，求被测介质的实际温度。，求被测介质的实际温度。，求被测介质的实际温度。，求被测介质的实际温度。 思考：采用直接用测得电势查分度表得到温度值，再加上思考：采用直接用测得电势查分度表得到温度值，再加上思考：采用直接用测得电势查分度表得到温度值，再加上思考：采用直接用测得电势查分度表得到温度值，再加上25 25 25 25 , , , , 计算得到炉温的方法对不对
10、？为什么？计算得到炉温的方法对不对？为什么？计算得到炉温的方法对不对？为什么？计算得到炉温的方法对不对？为什么？ 例 用K型热电偶来测量温度，在冷端温度为t例 用K型热电偶来测量温度，在冷端温度为t0 025时，测得热电势为22.9mV， 求被测介质的实际温度。 25时，测得热电势为22.9mV， 求被测介质的实际温度。 解1： 根据题意有解1： 根据题意有 ( ,25)22.9 K EtmV 由K型热电偶的分度表查出由K型热电偶的分度表查出 (25,0)1.000 K EmV 因此有因此有( ,0)( ,25)(25,0)22.91.00023.9 KKK EtEtEmVmVmV 反查分度表
11、有反查分度表有 23.923.629 570*10576.4 24.05523.629 tC 解2： 根据题意有解2： 根据题意有 ( ,25)22.9 K EtmV直接查分度表有直接查分度表有 22.922.776 550*10552.9 23.20322.776 tC 因此再加上冷端温度，有因此再加上冷端温度，有 25577.9ttC 哪种计算结果正确，为什么？哪种计算结果正确，为什么？ 现场中利用计算机软件可以方便的实现计 算修正。 现场中利用计算机软件可以方便的实现计 算修正。 具体方法是： 具体方法是： 热电偶的输出通过毫伏热电偶的输出通过毫伏电压变换器及模数转换器 进入微处理器中。
12、 电压变换器及模数转换器 进入微处理器中。 使用一热电阻测量冷端温度，热电阻的阻值经过欧 姆 使用一热电阻测量冷端温度，热电阻的阻值经过欧 姆电压变换器及及模数转换器也进入微处理器中。 电压变换器及及模数转换器也进入微处理器中。 由采样数字量D1和D2 分别获得热电偶产生的热电势 E 由采样数字量D1和D2 分别获得热电偶产生的热电势 EAB AB（t，t0）及冷端温度t （t，t0）及冷端温度t0 0 ， ， 然后计算可得E然后计算可得EAB AB（t，0）= E （t，0）= EAB AB（t，t （t，t0 0）E）EAB AB（t （t0 0， 0），再查取存放在计算机存储器中的分度表
13、，便得到 数字量t，这就是热电偶的热端温度值。 ， 0），再查取存放在计算机存储器中的分度表，便得到 数字量t，这就是热电偶的热端温度值。 计算机软件实现热电偶冷端补偿 （a）结构框图 (b)冷端补偿子程序 AB-热电偶；R 计算机软件实现热电偶冷端补偿 （a）结构框图 (b)冷端补偿子程序 AB-热电偶；RCu Cu-铜电阻；mV-U1- mV/电压变换器； -U2-/电压变换器；A/D-模数转换器； CPU-中央处理单元；AC-采样脉冲；OUT-输出 -铜电阻；mV-U1- mV/电压变换器； -U2-/电压变换器；A/D-模数转换器； CPU-中央处理单元；AC-采样脉冲；OUT-输出
14、2、仪表机械零点调整法2、仪表机械零点调整法 仪表的机械零点为仪表输入电势为零时，指针停留的 刻度点，也就是仪表的刻度起始点。若预知热电偶冷端温度 为t 仪表的机械零点为仪表输入电势为零时，指针停留的 刻度点，也就是仪表的刻度起始点。若预知热电偶冷端温度 为t0 0，在测温回路开路情况下，将仪表的刻度起始点调定在 t ，在测温回路开路情况下，将仪表的刻度起始点调定在 t0 0位置，此时相当于人为给仪表输入热电势E位置，此时相当于人为给仪表输入热电势EAB AB（t （t0 0，0）， 在接通测温回路后，输入仪表的热电势为 E ，0）， 在接通测温回路后，输入仪表的热电势为 EAB AB（t，t
15、 （t，t0 0）E）EAB AB（t （t0 0，0）= E，0）= EAB AB（t，0） 使仪表指针指示热端温度t值。 （t，0） 使仪表指针指示热端温度t值。 注意：这种补偿方法用于热电偶冷端温度比较恒定而 仪表的机械零点调整又很方便的场合。 可以和其它补偿方法配合使用。 注意：这种补偿方法用于热电偶冷端温度比较恒定而 仪表的机械零点调整又很方便的场合。 可以和其它补偿方法配合使用。 3、恒温法3、恒温法 恒温法分为恒温法分为冰点槽法冰点槽法和和恒温箱法。 冰点槽法： 恒温箱法。 冰点槽法：在精密测量中，一般要求热电偶冷端温度保 持为0，通常采用冰点槽。冰点槽的容器中充满蒸馏水 与碎冰块的混合物，其温度保持为0。 在精密测量中，一般要求热电偶冷端温度保 持为0，通常采用冰点槽。冰点槽的容器中充满蒸馏水 与碎冰块的混合物，其温度保持为0。 冰点槽法 冰点槽法是准确度很高的冷端处理方法，然而使用比较 麻烦，需要保持冰、水两相共存，一般限于实验室精确 测温或热电偶检定时使用。 是准确度很高的冷端处理方法，然而使用比较 麻烦，需要保持冰、水两相共存，一般限于实验室精确 测温或热电偶检定时使用。 t tc 热 电 偶 补 偿 导 线 毫 伏
