熱電偶冷端的溫度補償

由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩定的控制室內，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。
在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。常用熱電偶的補償導線列于表3-1中。
表3-1常用熱電偶的補償導線
配用熱電偶分度號 補償導線型號 補償導線正極 補償導線負極 補償導線在100℃的熱電勢允許誤差，mV
材料 顏色 材料 顏色 A(精密級) B(精密級)
S SC 銅 紅 銅鎳 綠 0.645±0.023 0.645±0.037
K KC 銅 紅 銅鎳 藍 4.095±0.063 4.095±0.105
K KX 鎳鉻 紅 鎳硅 黑 4.095±0.063 4.095±0.105
E EX 鎳鉻 紅 銅鎳 棕 6.317±0.102 6.317±0.170
J JX 鐵 紅 銅鎳 紫 5.268±0.081 5.268±0.135
T TX 銅 紅 銅鎳 白 4.277±0.023 4.277±0.047

注：補償導線型號頭一個字母與熱電偶分度號相對應；第二個字母字X表示延伸型補償導線，字母C表示補償型補償導線。
1、冷端溫度校正法
因各種熱電偶的分度關系是在冷端溫度為0℃時得到的,如果測溫熱電偶的熱端為t℃，冷端溫度t<>0℃(t0>0℃)，就不能用測得的E(t,t0)去查分度表得t,必須根據下式進行修正：

式中：E(t,0)--冷端為0℃而熱端為t℃時的熱電勢；E(t, t0)--冷端為t0℃而熱端為t℃時的熱電勢；E(t0,0)--冷端為0℃時應加的校正值。
2、儀表機械零點調整法
對于具有零位調整的顯示儀表而言，如果熱電偶冷端溫度t0較為恒定時，可采用測溫系統未工作前，預先將顯示儀表的機械零點調整到t0℃上,這相當于把熱電勢修正值E(t0,0)預先加到了顯示儀表上,當此測量系統投入工作后,顯示儀表的示值就是實際的被測溫度值。
3、補償電橋法
當熱電偶冷端處溫度波動較大時,一般采用補償電橋法,基測量線路如圖3-1所示。補償電橋法是利用不平衡電橋(又稱冷端補償器)產生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勢變化。
采用補償電橋法是必須注意下列幾點：
（1）補償器接入測量系統時正負極性不可接反。
（2）顯示儀表的機械零位應調整到冷端溫度補償器設計時的平衡溫度，如補償器是按t0=20℃時電橋平衡設計的，則儀表機械零位應調整到20℃處。
（3）因熱電偶的熱電勢和補償電橋輸出電壓兩者隨溫度變化的特性不完全一致，故冷端補償器在補償溫度范圍內得不到完全補償，但誤差很小，能滿足工業生產的需要。

圖3-1
除了以上幾種補償方法外，科研和實驗室中還常彩和冰浴法。
以上幾種補償法常用于熱電偶和動圈顯示儀表配套的測溫系統中。由于自動電子電位差計和溫度變送器等溫度測量儀表的測量線路中已設置了冷端補償電路，因此，熱電偶與它們配套使用時不用再考慮補償方法，但補償導線仍舊需要。