热电偶测温原理
前面我们在《【自控学堂】谈谈测温仪表的类型》中已经对热电偶作过了简单的介绍。热电偶是目前使用最广泛的测温元件之一，下面谈谈热电偶温度计的测温原理、分度号、冷端补偿等。1、热电偶测温原理热电偶是由两根不同的导体或半导体材料焊接而成，焊接的一端称作热电偶的热端（也称工作端或测量端），和导线连接的一端称作冷端（也称为参考端或自由端），当热端与冷端之间产生温差时，则在热电偶的回路中便会产生热电势，该热电势与热电偶两端的温度均有关，如果保持冷端温度恒定，则热电势与热端温度成函数关系，因此热电势可以用作测温信号。2、常用热电偶材料常用热电偶材料一般分为四大类：1）廉金属：铁-康铜，镍铬-考铜，镍铬-镍硅等；2）贵金属：铂铑-铂，铂铑30-铂铑6等；3）难熔金属：钨铼系，钨钼系，铱钨系；4）非金属：二碳化钨，二碳化钼。我国的热电偶产品是按照IEC-65国际标准生产的，标准热电偶有：铜-康铜（T）, 镍铬-康铜（E），镍铬-镍硅（K），铁-康铜（J），铂铑30-铂铑6（B），铂铑10-铂（S）等。3、热电偶的分度号与测温范围不同的热电偶材料，得出的热电势与温度之间有相应的对应关系，有标准数据表可查。常用的热电偶有以下几种：
4、补充导线为了使热电偶的冷端温度保持恒定，我们可以把热电偶做的足够长，使冷端远离工作端，但是，这样不但使施工安装带来不便，并且也要耗费许多贵重金属，工程成本加大。在实际工程应用中，通常采用在0~150℃范围内，与热电偶具有相同的热电性能，价格又较廉价的金属材料作为补偿导线将冷端延伸，这样现场的热电偶通过补偿导线与显示仪表或输入模块等连接构成测温系统。 （1）补偿导线分类补偿导线一般分为：a)普通型补偿导线，主要用于固定敷设；b)软型补偿导线，主要用于试验室，可移动；c)屏蔽型补偿导线，主要用于固定敷设，可抗电磁干扰；d)屏蔽型软型补偿导线：主要用于试验室，抗电磁干扰，可移动。（2）热电偶补偿导线类型按照热电偶补偿导线的材料可分为两类：Ⅰ类：采用和所配用热电偶相同的合金；Ⅱ类：采用和所配用热电偶不同的合金。根据热电偶补偿导线长期允许的使用温度可分为：普通级：60℃, 80℃耐热级：100℃, 150℃我们在工程设计时，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选择。例如, 选择了E型热电偶应该选择与之匹配的E型热电偶的补偿导线,并根据现场使用条件,选择工作温度范围。5、热电偶冷端温度补偿在热电偶测温回路中，一旦热电偶测温元件材料确定后，热电偶的热电势既取决于热端温度，也取决于冷端温度。补偿导线只能解决将热电偶的冷端延伸，不能解决冷端温度恒定，只有当新移至的冷端温度恒定或配用仪表本身具有冷端温度补偿装置时，应用补偿导线才有意义。由于热电偶的温度与热电势的曲线关系是在冷端温度保持在0℃时测得的，当用热电偶测量温度时，总希望冷端温度为0℃，恒定不变。实际应用中，我们采用的热电偶补偿导线只是把冷端引到了温度较恒定的控制室，并不能固定冷端的温度，即使是有空调的中央控制室也不可能温度是0℃，而且也不可能维持恒定不变，如果冷端温度变化，必然会将引起测量误差。为了消除这种误差，必须进行冷端温度补偿。热电偶冷端补偿一般采用冰点法、计算法、机械零点调整法和补偿电桥法这几种方法。a)冰点法是将冷端保持在0℃，适合在实验室使用；b)计算法适合实验室和临时测温场合，不适合连续测量的场合；c)机械零点调整法适合冷端温度相对稳定，测量精度要求不高的场合也有使用；d)生产中较常用的是补偿电桥法，也被称为冷端补偿器。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。补偿电桥是一个标准化电路，许多温度变送器、显示仪表、输入模块等都具有冷端补偿功能。6、工程设计时应注意以下几点（1）补偿导线要根据所选用的热电偶材料选择匹配的补偿导线。并根据使用场合，选择工作温度范围。（2）因为热电偶产生的是毫伏级低电平信号，补偿导线尽可能选择对绞屏蔽型补偿导线，并注意屏蔽层单点接地。（3）补偿导线的截面积选择时应考虑接受仪表输入阻抗的要求。（4）补偿导线敷设时尽可能避开强电磁干扰源、工艺介质排放口、易泄漏口、易受机械损伤的区域。（5）现场敷设时应避免与不同电平的信号的电缆同穿一根穿线管。
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作者简介：
邱老师，自控学堂创办人，教授级高级工程师，从事自控工程设计30余年，先后承担了几十个大中型工程项目的设计、施工安装指导、调试开车及新技术开发等工作，是国家科技进步一等奖获得者，获国务院特殊津贴、行业工程设计大师等荣誉称号，国家科技奖评审专家。
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