關于熱電偶冷端溫度的補償方法的淺要分析

胡玉柱 西北民族大學 電氣工程學院

熱電偶的輸出信號和溫度之間是直接關聯在一起的，所以在使用過程中一般直接選擇與之相配套的儀表即可。但是不同的應用過程中需要與之相對應的方法，因此對于冷端溫度補償的研究是很有必要的。

1 熱電偶冷端溫度補償方法

1.1 計算法

計算法就是利用普通的室內溫度計算出冷端的實際溫度T1，公式如下：

溫度固定端我們稱為參比端，然后利用分度表來得出與之相對應的溫度，這種方法更加方便便捷，實際操作難度不高但是不宜大規模使用。

1.2 電橋補償法

電橋補償法就是利用不平衡電橋產生的不平衡電壓來自動補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電動勢變化。熱電偶通過補償導線接到補償電橋上。如圖1 所示電阻的阻值隨溫度的升高而增大。在使用時應讓電阻與熱電偶冷端靠近確保處于同一個溫度。我們使讓電橋平衡，此時可知即對角線的a 和b 點的電位相等。通常在20℃我們認為是電橋的平衡溫度，當冷端的溫度比電橋的平衡溫度高時，其熱電勢會相應的減小，會增大，電橋原有的平衡會被打破，電位a 點高于b 點，所以此時產生熱電動勢和不平衡的電壓會反向抵消使整個電路輸出電壓U 不改變。反之，同理可得當若冷端溫度低于電橋平衡溫度整個輸出電壓U 同樣不會改變。依據此原理就可以進行溫度補償。

圖1 電橋補償法示意圖

1.3 晶體管PN 結補償法

當有恒定電流正向流過PN 結時，其管壓降有負的溫度系數，對于溫度有較好的靈敏度和線性度。如圖2 是管壓降與節點溫度的關系圖，PN 結在-80℃~+80℃其電壓與溫度都具有比較理想的線性關系。在電路中可以做到熱電動勢與測量端的溫度有關，從而進行相應的冷端補償。

1.4 補償導線法

在使用過程中熱電偶的長度一般在一米左右，冷端的溫度會直接會受到周圍環境和測量端的影響造成測量誤差，為了使冷端不受其影響可將熱電偶加長一般加長到10 米左右，但是熱電偶的增長增加了測量費用，所以一般采用一定范圍內的與熱電偶熱電特性相近且相對廉價的材料代替熱電偶來延長熱電極，這種導線我們就稱其為補償導線。這種補償導線的方法就是補償導線法。但是注意只有當新的冷端溫度固定或者配用儀表本身具有冷端溫度自動補償裝置時，應用補償導線才有意義。

圖2 管壓降與節點溫度的關系

2 結束語

除了本文介紹的幾種方法除此之外還有冰浴法、軟件處理法、集成溫度傳感器補償法等等。熱電偶現在在工業上應用非常廣泛，尤其是直接測量溫度將溫度信號直接轉化為熱電動勢信號，所以冷端補償方法就起到了對測量溫度精度的不同要求，不同的溫度補償方法滿足了各個方面的要求例如晶體管PN 結補償法經濟效益好精度比較高但是當溫度變化范圍太大PN 結壓降與溫度之間不成線性關系影響精度，電橋補償法結構簡單但是適用性較差。本文介紹的這幾種補償方法各有其優點。我相信隨著社會的不斷發展一定會不斷地優化補償方法進一步的在工業生產中做出突出貢獻。