Question

热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿？有哪些补偿方法？各适用于什么场合？

Answer 1

热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依据，否则会产生误差。因此，常采用一些措施来消除冷锻温度变化所产生的影响，如冷端恒温法、冷端温度校正法、补偿导线法、补偿电桥法。

冷端恒温法：一般热电偶定标时冷端温度以0℃为标准。因此，常常将冷端置于冰水混合物中，使其温度保持为恒定的0℃。在实验室条件下，通常把冷端放在盛有绝缘油的试管中，然后再将其放入装满冰水混合物的保温容器中，是冷端保持0℃。

热电偶的技术优势：

热电偶测温范围宽，性能比拟稳定；丈量精度高，热电偶与被测对象直接接触，不受中间介质的影响；热响应时间快，热电偶对温度变化反响灵活；丈量范围大，热电偶从-40~+ 1600℃ 均可连续测温；热电偶性能牢靠，机械强度好。运用寿命长，装置便当。

以上内容参考 百度百科－热电偶

Answer 2

热电偶产生的热电势Et，与热电偶的冷端温度有关。一般情况下，热电偶的冷端温度并不固定，而是随室温变化，这样就使Et也随室温变化，从而带来测量误差。因此，要求对热电偶的冷端温度进行补偿，以减小热电偶冷端温度变化所引起的信号测量误差。

在热电偶温度变送器中，设计冷端温度补偿电路，根据热电偶型号的不同，一般按0℃时冷端补偿电势25mV和当温度变化Δt＝50℃时ΔEt＝冷端补偿电势变化量两个条件计算。

工作原理：

当有两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为T0 ，称为自由端（也称参考端）或冷端，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。

这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。

以上内容参考：百度百科-热电偶

Answer 3

因为热电偶校验时，是在冷端温度是时校验的，而实际热电偶的冷端工作环境往往不是0℃，为了克服工作环境带来的误差，所以需要进行温度补偿。有在后面加锰铜电阻的（可以随周围环境温度改变自动补偿冷端温度），也有在仪表内部进行补偿的。现在仪表几乎都在仪表内部做补偿

Answer 4

热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依据，否则会产生误差。因此，常采用一些措施来消除冷锻温度变化所产生的影响，如冷端恒温法、冷端温度校正法、补偿导线法、补偿电桥法。
1．冷端恒温法
一般热电偶定标时冷端温度以0℃为标准。因此，常常将冷端置于冰水混合物中，使其温度保持为恒定的0℃。在实验室条件下，通常把冷端放在盛有绝缘油的试管中，然后再将其放入装满冰水混合物的保温容器中，是冷端保持0℃。
2．冷端温度校正法
由于热电偶的温度分度表是在冷端温度保持在0℃的情况下得到的，与它配套使用的测量电路或显示仪表又是根据这一关系曲线进行刻度的，因此冷端温度不等于0℃时，就需对仪表指示值加以修正。如冷端温度高于0℃，但恒定于t0℃,则测得的热电势要小于该热电偶的分度值，为求得真实温度，可利用中间温度法则，即用下式进行修正：
E（t,0）= E（t,t1）+ E（t1,0）
3．补偿导线法
为了使热电偶冷端温度保持恒定（最好为0℃），可将热电偶做的很长，使冷端远离工作端，并连同测量仪表一起放置到恒温或温度波动比较小的地方。但这种方法使安装使用不方便，而且可能耗费许多贵重的金属材料。因此，一般使用一种称为补偿导线的连接线将热电偶冷端延伸出来。这种导线在一定温度范围内（0～150℃）具有和所连接的热电偶相同的热电性能，若是用廉价金属制成的热电偶，则可用其本身的材料作为补偿导线，将冷端延伸到温度恒定的地方。
＊补偿导线在使用中注意事项
　　（1）补偿导线的选择
　　补偿导线一定要根据所使用的热电偶种类和所使用的场合进行正确选择。例如,k型偶应该选择k型偶的补偿导线,根据使用场合,选择工作温度范围。通常kx工作温度为-20～100℃,宽范围的为-25～200℃。普通级误差为±2.5℃,精密级为±1.5℃。
　　（2）接点连接
　　与热电偶接线端2个接点尽可能近一点,尽量保持2个接点温度一致。与仪表接线端连接处尽可能温度一致,仪表柜有风扇的地方,接点处要保护不要使得风扇直吹到接点。
　　（3）使用长度
　　因为热电偶的信号很低,为微伏级,如果使用的距离过长,信号的衰减和环境中强电的干扰偶合,足可以使热电偶的信号失真,造成测量和控制温度不准确,在控制中严重时会产生温度波动。
　　根据我们的经验,通常使用热电偶补偿导线的长度控制在15米内比较好,如果超过15米,建议使用温度变送器进行传送信号。温度变送器是将温度对应的电势值转换成直流电流传送,抗干扰强。
　　（4）布线
　　补偿导线布线一定要远离动力线和干扰源。在避免不了穿越的地方,也尽可能采用交叉方式,不要平行。
　　（5）屏蔽补偿导线
为了提高热电偶连接线的抗干扰性,可以采用屏蔽补偿导线。对于现场干扰源较多的场合,效果较好。但是一定要将屏蔽层严格接地,否则屏蔽层不仅没有起到屏蔽的作用,反而增强干扰。
4．补偿电桥法
补偿电桥法是利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。补偿电桥现已标准化。不平衡电桥（即补偿电桥）是由电阻R1、R2、R3和RCu组成。其中R1=R2=R3=1 ；Rs是用温度系数很小的锰铜丝绕制而成的；RCu是有温度系数较大的铜线绕制而成的补偿电阻，0℃时，RCu=1 ；Rs的值可根据所选电偶的类型计算确定。此桥串联在热电偶测量回路中，热电偶冷端与电阻RCu感受相同的温度，在某一温度下（通常取0℃）调整电桥平衡，使R1=R2=R3=RCu。当冷端温度变化时，RCu随温度改变，破坏了电桥平衡，产生一不平衡电压△U，此电压则与热电势相叠加，一起送入测量仪表。适当选择Rs的数值，可是电桥产生的不平衡电压△U在一定温度范围内基本上能补偿由于冷端温度变化而引起的热电势变化值。这样，当冷端温度有一定变化时，仪表仍然可给出正确的温度示值。

Answer 5

热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依据，否则会产生误差。因此，常采用一些措施来消除冷锻温度变化所产生的影响，如冷端恒温法、冷端温度校正法、补偿导线法、补偿电桥法。
1．冷端恒温法
一般热电偶定标时冷端温度以0℃为标准。因此，常常将冷端置于冰水混合物中，使其温度保持为恒定的0℃。在实验室条件下，通常把冷端放在盛有绝缘油的试管中，然后再将其放入装满冰水混合物的保温容器中，是冷端保持0℃。
2．冷端温度校正法
由于热电偶的温度分度表是在冷端温度保持在0℃的情况下得到的，与它配套使用的测量电路或显示仪表又是根据这一关系曲线进行刻度的，因此冷端温度不等于0℃时，就需对仪表指示值加以修正。如冷端温度高于0℃，但恒定于t0℃,则测得的热电势要小于该热电偶的分度值，为求得真实温度，可利用中间温度法则，即用下式进行修正：
E（t,0）= E（t,t1）+ E（t1,0）
3．补偿导线法
为了使热电偶冷端温度保持恒定（最好为0℃），可将热电偶做的很长，使冷端远离工作端，并连同测量仪表一起放置到恒温或温度波动比较小的地方。但这种方法使安装使用不方便，而且可能耗费许多贵重的金属材料。因此，一般使用一种称为补偿导线的连接线将热电偶冷端延伸出来。这种导线在一定温度范围内（0～150℃）具有和所连接的热电偶相同的热电性能，若是用廉价金属制成的热电偶，则可用其本身的材料作为补偿导线，将冷端延伸到温度恒定的地方。
＊补偿导线在使用中注意事项
　　（1）补偿导线的选择
　　补偿导线一定要根据所使用的热电偶种类和所使用的场合进行正确选择。例如,k型偶应该选择k型偶的补偿导线,根据使用场合,选择工作温度范围。通常kx工作温度为-20～100℃,宽范围的为-25～200℃。普通级误差为±2.5℃,精密级为±1.5℃。
　　（2）接点连接
　　与热电偶接线端2个接点尽可能近一点,尽量保持2个接点温度一致。与仪表接线端连接处尽可能温度一致,仪表柜有风扇的地方,接点处要保护不要使得风扇直吹到接点。
　　（3）使用长度
　　因为热电偶的信号很低,为微伏级,如果使用的距离过长,信号的衰减和环境中强电的干扰偶合,足可以使热电偶的信号失真,造成测量和控制温度不准确,在控制中严重时会产生温度波动。
　　根据我们的经验,通常使用热电偶补偿导线的长度控制在15米内比较好,如果超过15米,建议使用温度变送器进行传送信号。温度变送器是将温度对应的电势值转换成直流电流传送,抗干扰强。
　　（4）布线
　　补偿导线布线一定要远离动力线和干扰源。在避免不了穿越的地方,也尽可能采用交叉方式,不要平行。
　　（5）屏蔽补偿导线
为了提高热电偶连接线的抗干扰性,可以采用屏蔽补偿导线。对于现场干扰源较多的场合,效果较好。但是一定要将屏蔽层严格接地,否则屏蔽层不仅没有起到屏蔽的作用,反而增强干扰。
4．补偿电桥法
补偿电桥法是利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。补偿电桥现已标准化。不平衡电桥（即补偿电桥）是由电阻R1、R2、R3和RCu组成。其中R1=R2=R3=1 ；Rs是用温度系数很小的锰铜丝绕制而成的；RCu是有温度系数较大的铜线绕制而成的补偿电阻，0℃时，RCu=1 ；Rs的值可根据所选电偶的类型计算确定。此桥串联在热电偶测量回路中，热电偶冷端与电阻RCu感受相同的温度，在某一温度下（通常取0℃）调整电桥平衡，使R1=R2=R3=RCu。当冷端温度变化时，RCu随温度改变，破坏了电桥平衡，产生一不平衡电压△U，此电压则与热电势相叠加，一起送入测量仪表。适当选择Rs的数值，可是电桥产生的不平衡电压△U在一定温度范围内基本上能补偿由于冷端温度变化而引起的热电势变化值。这样，当冷端温度有一定变化时，仪表仍然可给出正确的温度示值。