带补偿导线热电偶测温时的误差分析和修正方法

　　热电偶是通过测量电势来测量温度的一种感温元件,它能将温度信号转化为相应的电势值,再由显示仪表显示出来。热电偶是基于热电效应进行温度测量的,焊接的一端叫测量端,未焊接的一端叫参考端。如果参考端温度恒定,其热电势的大小只与组成热电偶的两种金属材料的特性和测量端的温度有关,而与偶丝的粗细、长度无关。因此要准确测温,必须使参考端的温度固定,一般固定在0℃,如果使用时参考端温度不是0℃,则必须对参考端的温度进行修正。

　　由热电偶的测温原理可知,只有当热电偶的参考端温度保持不变时,其热电势才是被测温度的单值函数。但在实际应用中,由于热电偶的参考端和测量端经常离的很近,而且参考端又暴露在空气中,容易受到周围环境温度的影响,使参考端温度难以保持恒定。为了消除因参考端温度波动所引起的测量误差,可将热电偶做的很长,使其参考端远离测量端。但这样一来会造成热电极材料的浪费,特别是对于由贵金属组成的热电极材料这样做很不经济。补偿导线就是为解决这个问题而产生的,它的特点是在参考端温度可能变化的范围内(0℃~100℃或200℃),补偿导线与相连接的热电偶具有相同的热电特性,热电偶回路加入相应型号的补偿导线后,其热电势仅与测量端温度和补偿导线与仪表连接处温度有关,而与热电偶本身参考端的温度变化无关,就好像把热电偶延长了一样,所以在测温中,使用热电偶用补偿导线,可以将热电偶参考端延伸到远离热源和环境温度较稳定的地方,以便于准确地对参考端温度进行修正,减少因参考端温度过高和波动引起的测量误差,达到精确测温的目的。

　　由于补偿导线的这些特性,目前在工业应用中,带补偿导线热电偶进行测温非常普遍,有关使用手册中规定补偿导线的使用温度范围为0℃~100℃或者0℃~150℃。因而,人们经常会误认为只要补偿导线与热电偶的连接处温度在规定温度范围内,测温就是准确的。而实际并非如此,连接点的温度高低直接影响着温度测量误差的大小。本文就此根据热电偶配用补偿导线测温原理,分析其测量误差,提出误差的修正方法,并阐述使用中的问题和应该注意的事项。

　　1　热电偶配用补偿导线测温原理

　　热电偶与补偿导线的连接方式如图1。

　　(6)式说明两种测温体系存在差值,两种测温体系测得的热电势差值为在温差t1-t0下热电偶偶丝与补偿导线的热电势之差,这个差值便是使用补偿导线后引入的误差。ΔE是t1和t0的函数,在t0不变时,ΔE只与t1有关。也就是说,使用补偿导线引入的测量误差与偶丝和补偿导线连接点处的温度有关,知道了热电偶材料、补偿导线材料和连接点处温度之后,这个测量误差是可以修正的。