熱電偶的溫度補(bǔ)償
由熱電偶的測溫原理可知,熱電勢是熱端溫度與冷端溫度的函數(shù),,在冷端溫度恒定的條件下,熱電勢是熱端溫度的函數(shù)。而在實際應(yīng)用時,,熱電偶的冷端放置在距熱端很近的大氣中,受高溫設(shè)備和環(huán)境溫度波動的影響較大,,因此冷端溫度不恒定,。要想消除冷端溫度波動對測溫的影響,必須進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償,。常用的冷端溫度補(bǔ)償方法有:計算修正法,、冷端恒溫法、顯示儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法,、補(bǔ)償電橋(冷端溫度補(bǔ)償器)法,、補(bǔ)償導(dǎo)線法、輔助熱電偶法,、PN結(jié)補(bǔ)償法等,。
1.計算修正法
熱電偶的分度關(guān)系是在冷端溫度為0℃的情況下得到的,若熱電偶的冷端溫度為t0,,不是0℃,,則不能用測量熱電偶的熱電勢去查分度表,必須進(jìn)行熱電勢修正,,而后,,查分度表得出被測的熱端溫度,修正電勢為,。
即: 總電勢=測量熱電偶輸出電勢+修正電勢
適用場合:實驗室測溫,,現(xiàn)場使用的直讀儀表測溫。前提條件是冷端溫度可測且基本恒定,。缺點(diǎn):不便于連續(xù)測溫,。
2.冷端恒溫法
將熱電偶的冷端溫度恒定,,從而便于補(bǔ)償和修正。一般選擇冰點(diǎn)槽(0℃)或工業(yè)恒溫箱(50℃)進(jìn)行恒溫,。
- 冰點(diǎn)槽法
將熱電偶的冷端放于冰水混合物中,,熱電偶輸出電勢即以0℃為冷端溫度的總電勢,可直接查表或送顯示儀表顯示熱端溫度,。
⑵恒溫箱法
恒溫箱法是將熱電偶的冷端置于自動恒溫箱中,。自動恒溫箱常以蒸汽或電能作為熱源。這里以工業(yè)恒溫箱為例作簡單說明,。工業(yè)恒溫箱原理如圖所示,。
需要注意:該法熱電偶送出的電勢e(t,50),不能用于終溫度顯示,,通常應(yīng)調(diào)整儀表的機(jī)械零位進(jìn)行修正,。
3.顯示儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法
當(dāng)送入顯示儀表的電勢為e(t,t0),而t0已知且恒定時,,在斷開熱電偶的情況下將儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整至t0溫度對應(yīng)的刻度,。這樣相當(dāng)于在顯示儀表內(nèi)部提前施加了電勢e(t0,0),接入熱電偶后,,則用于溫度顯示的總電勢為e(t,0),由于所有顯示儀表的刻度均按照分度表進(jìn)行刻度,,所以儀表正確顯示被測的熱端溫度數(shù)值,。
4.補(bǔ)償電橋(冷端溫度補(bǔ)償器)法
如果能得到一個隨溫度而變化的附加電勢,并將該電勢串聯(lián)在熱電偶回路中,,使其抵償熱電偶熱電勢因冷端溫度變化而產(chǎn)生的變化,,則可保證顯示儀表中的電勢不受冷端溫度變化的影響,達(dá)到自動補(bǔ)償?shù)哪康?。常用的冷端溫度補(bǔ)償器基于圖所示的不平衡電橋原理工作,。由圖可見,熱電偶(及補(bǔ)償導(dǎo)線)輸出的熱電勢與不平衡電橋的不平衡電壓相加后送至溫度顯示儀表,。
冷端溫度補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)及工作原理簡述如下:圖中R1,,R2,R3是3個錳銅絲繞制的1Ω定值電阻,;Rs是限流電阻,;Rcu在20℃時,,阻值1Ω,;電橋的供電電壓為4V。當(dāng)熱電偶(補(bǔ)償導(dǎo)線)的冷端溫度為20℃時,,補(bǔ)償電橋處于初始平衡狀態(tài),,不平衡電壓Uab=0,,熱電偶送出電勢e(t,20)給顯示儀表,。當(dāng)熱電偶的冷端溫度升高而高于20℃時,熱電勢將因冷端溫度升高而降低,,此時Rcu的阻值增加,,不平衡電橋的輸出電壓增加,即Uab>0,;當(dāng)熱電偶的冷端溫度降低而低于20℃時,,熱電勢將因冷端溫度降低而升高,此時Rcu的阻值減小,,不平衡電橋的輸出電壓減小,,即Uab<0,可見,,補(bǔ)償電橋的不平衡電壓的變化方向恰與熱電勢的變化方向相反,,可起到補(bǔ)償作用。若不平衡電壓的增加量恰好等于熱電勢的減少量,,則實現(xiàn)了*補(bǔ)償,,送顯示儀表的電勢不受冷端溫度變化的影響。由于熱電偶的熱電特性與電橋的溫度——輸出特性不*一致,,故冷端溫度補(bǔ)償器并不能在補(bǔ)償范圍內(nèi)各點(diǎn)處實現(xiàn)*補(bǔ)償,。一般而言,*補(bǔ)償點(diǎn)為:初始平衡溫度和補(bǔ)償范圍上限溫度兩點(diǎn),。
另外,,不同分度號熱電偶的熱電特性不同,要求的補(bǔ)償電壓不同,,即補(bǔ)償器信號不同,,通常補(bǔ)償器的區(qū)別僅為限流電阻的阻值不同。
需要注意的是,,若補(bǔ)償電橋的初始平衡溫度不是0℃,,則送給顯示儀表的電勢還需要修正,通常采取顯示儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整的方法,。
5.補(bǔ)償導(dǎo)線法
由中間溫度定律可知,,當(dāng)接點(diǎn)溫度低于100℃時,可用熱—電特性相同的一對導(dǎo)線代替測量用熱電偶,,也就是使用補(bǔ)償導(dǎo)線,。補(bǔ)償導(dǎo)線雖不能改變冷端溫度,但可以遷移熱電偶的冷端位置,,即將冷端從溫度波動劇烈的地點(diǎn)遷移至相對穩(wěn)定的地點(diǎn),,便于與其他溫度補(bǔ)償方法配合實現(xiàn)溫度的正確指示。例如:測量爐膛溫度的熱電偶的冷端通常在爐膛外部不遠(yuǎn)的就地,,該處溫度受高溫設(shè)備及環(huán)境溫度變化的影響,,波動較劇烈,,同時該處的溫度一般高于冷端溫度補(bǔ)償器的補(bǔ)償溫度,因此不能采用前述溫度補(bǔ)償方法,。使用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶的冷端遷移至集控室后的電子間,,當(dāng)該處溫度穩(wěn)定時,可采用顯示儀表機(jī)械調(diào)零等預(yù)置電勢法,;當(dāng)該處溫度不很穩(wěn)定時,,由于溫度處于冷端溫度補(bǔ)償器的補(bǔ)償范圍,所以可使用冷端溫度補(bǔ)償器進(jìn)行補(bǔ)償,。
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常用補(bǔ)償導(dǎo)線
補(bǔ)償導(dǎo)線型號 | 配用熱電偶分度號 | 補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲 | 絕緣層著色 | 100℃時允差(℃) | 200℃時允差(℃) | ||||
正極 | 負(fù)極 | 正極 | 負(fù)極 | 普通級 | 精密級 | 普通級 | 精密級 | ||
SC | S | SPC(銅) | SNC(銅 鎳) | 紅 | 綠 | +5 | +3 | +5 | — |
KC | K | KPC(銅) | KNC(鎳硅) | 紅 | 藍(lán) | +2.5 | +1.5 | — | — |
KX | K | KPX(鎳鉻) | KNX(銅鎳) | 紅 | 黑 | +2.5 | +1.5 | +2.5 | +1.5 |
EX | E | EPX(鎳 鉻) | ENX(銅鎳) | 紅 | 棕 | +2.5 | +1.5 | +2.5 | +1.5 |
JX | J | JPX(鐵) | JNX(銅鎳) | 紅 | 紫 | +2.5 | +1.5 | +2.5 | +1.5 |
TX | T | TPX(銅) | TNX(銅鎳) | 紅 | 白 | +2.5 | +1.5 | +2.5 | +1.5 |