热电偶冷端温度误差补偿探讨

　　1.前言

　　两种不同的材料组成闭合回路，当两接点温度不同时，两者之间将产生热电势，此种现象称为热电效应，利用热电效应作成的测温传感器成为热电偶。热电偶具有结构简单、使用方便、准确度和温度测量范围宽等特点，成为接触式测温中应用最广的热电式传感器。

　　热电偶闭合回路的的总热电势是两个接点温度的函数，但是通常测量的是一个热源的温度，因此在实际测量中，必须固定其中一个端点的温度，称此端为冷端，其输出的热电势才是测量端(热端)的温度的单值函数。工程上广泛使用的热电偶分度表是根据冷端温度为零而制作的，即当使用热电偶测量温度时，如果冷端温度为零，则把测得的热电势对照相应的分度表，可查取到准确的温度值。

　　但是在实际测量中，热电偶的两端距离很近，冷端温度受到受热源温度或周围环境温度的影响，常不能保持在零度，有时甚至温度不恒定，此时若根据测量的热电势查分度表获取温度必然带来测量误差，称为冷端误差。在实际使用中必须要对冷端误差进行补偿。

　　2.补偿冷端误差的实用方法

　　2.1中间温度定律补偿法

　　中间温度定律是热电偶测温时遵循的基本定律，即热电偶AB两结点的温度分别为T、T0，则所产生的热电势等于热电偶AB两结点温度为T、共与热电偶两接点温度为Tc、To时所产生的热电势的代数和，其中Tc是引人的中间温度。用公式表示为

　　利用这一定律可方便地进行冷端温度误差补偿。当冷端温度不为零时，不妨设此时温度为Tc(一般为环境温度)，且使用的热电偶类型已知，可利用热电偶分度表查出此时的热电势E胡民，0)。此时用热电偶测出的热电势为EAB汀，T办，把这两个值相加可得到EAB民0)，再利用这个值查阅分度表可获取所测热源的真实温度。采用此种方法进行温度补偿有一定的局限性，即冷端温度应为恒定值，常需要把热电偶冷端置于恒温箱中，若冷端离热端较近，保持冷端温度恒定就更加困难。

　　2.2电桥补偿法

　　测量温度时若冷端温度为某一恒定值也有困难，可采用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。其电路结构如图l所示。

　图1中，补偿电桥与热电偶冷端处于同一温度场中，其中R:、RZ、R3的阻值相等，用温度系数近似为零的锰铜制造，即其阻值不随温度变化而变化。　而R4用铜导线饶制，其阻值随温度变化而变化，温度升高，阻值增加。E为直流电源，R为限流电阻，使用时选取合适R4的阻值，可使得电桥的输出为零。若冷端温度升高，会使得热电偶的热电势减小　而带来测量误差，但此时电阻R;的阻值也会随温度升高而增加，补偿电桥失去平衡，输出值不为零，若电桥输出量的变化值与热电偶热电势变化量相等，且二者变化方向相反，则总的输出量的大小不随冷端温度的变化而变化。