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热电偶冷端补偿介绍

2019-08-30 10:56:02      点击:460

迅测传感技术(武汉)有限公司就热电偶冷端补偿的介绍

热电偶的输出信号是与温度直接对应的电压信号,所以使用非常简单,只需选择配套 的仪表即可。从热电效应原理可知,其热电动势与两端温度均有关,而分度表是在冷端温度为0的条件下给出的。但在实际使用时,冷端常常靠近被测物,且受环境温度的影响,其温度无法保持0,这样就产生了测量误差。所以必须采取相应的措施来进行补偿或修正,常用的方法有冷端恒温法、补偿导线法、补偿电桥法、计算修正法等几种。

 

热电偶冷端补偿的方法

1、冰点槽法

冰点槽法就是把热电偶的冷端放入冰水混合物容器里,使T0=0℃。这种办法仅限于在科学实验中使用。为了避免冰水导电引起两个连接点短路,必须把连接点分别置于两个玻璃试管里,浸入同一冰点槽使相互绝缘。

2、计算修正法

计算修正法就是用普通室温计算出冷端实际温度TH,利用公式计算:

EABT,T0=EABT,TH+EABTH,T0

在这里我们举例说明下,

例:用铜-康铜热电偶测某一温度T,冷端在室温环境TH中,测得热电动势EABT,TH=1.999mV,又用室温计测出TH=21,查此种热电偶的分度表可知,EAB21,0=0.832mV,故得

EABT,0=EABT,21+EAB21,T0
=1.999+0.832
=2.831mV

再次查分度表,与2.831mV对应的热端温度T=68℃。 
注意:既不能只按1.999mV查表,认为T=49℃,也不能把49℃加上21℃,认为T=70℃。

3、补正系数法

把冷端实际温度TH乘上系数k,加到由EABT,TH)查分度表所得的温度上,成为被测温度T

用公式表达即:T= T′+ k×TH
式中:T—为未知的被测温度; T′—为参考端在室温下热电偶电势与分度表上对应的某个温度;TH—室温; k—为补正系数。
 
例:用铂铑10-铂热电偶测温,已知冷端温度TH=35℃,这时热电动势11.348mV.S型热电偶的分度表,得出与此相应的温度T′=1150℃。再从下表中查出,对应于1150℃的补正系数k=0.53。于是,被测温度
 
T=1150+0.53×35=1168.3(℃)

用这种办法稍稍简单一些,比计算修正法误差可能大一点,但误差不大于0.14%

4、零点迁移法

应用领域:如果冷端不是0℃,但十分稳定(如恒温车间或有空调的场所)。 
实质:在测量结果中人为地加一个恒定值,因为冷端温度稳定不变,电动势EABTH,0)是常数,利用指示仪表上调整零点的办法,加大某个适当的值而实现补偿。
 
例:用动圈仪表配合热电偶测温时,如果把仪表的机械零点调到室温TH的刻度上,热电动势为零时,指针指示的温度值并不是0℃而是TH。而热电偶的冷端温度已是TH,则只有当热端温度T=TH时,才能使EABT,TH=0,这样,指示值就和热端的实际温度一致了。这种办法非常简便,而且一劳永逸,只要冷端温度总保持在TH不变,指示值就永远正确。 [2]

5、补偿器法

利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化而引起热电势的变化值。

6、软件处理法

对于计算机系统,不必全靠硬件进行热电偶冷端处理。例如冷端温度恒定但不为0℃的情况,只需在采样后加一个与冷端温度对应的常数即可。 
对于T0经常波动的情况,可利用热敏电阻或其它传感器把T0信号输入计算机,按照运算公式设计一些程序,便能自动修正。后一种情况必须考虑输入的采样通道中除了热电动势之外还应该有冷端温度信号,如果多个热电偶的冷端温度不相同,还要分别采样,若占用的通道数太多,宜利用补偿导线把所有的冷端接到同一温度处,只用一个冷端温度传感器和一个修正T0的输入通道就可以了。冷端集中,对于提高多点巡检的速度也很有利。

考虑因素

一旦建立了冷端补偿方法,补偿输出电压必须转换成相应的温度。一种简单的方法既是使用NBS提供的查找表,用软件实现查找表需要存储器,但查找表对于连续的重复查询提供了一种快速、精确的测量方案。将热电偶电压转换成温度值的另外两种方案比查找表复杂一些,这两种方法是:1)利用多项式系数进行线性逼近,2)对热电偶输出信号进行模拟线性化处理。
软件线性逼近只是需要预先确定多项式系数,不需要存储,因而是一种更通用的方案。缺点是需要较长时间解多阶多项式,多项式阶数越高,处理时间越长,特别是在温度范围较宽的情况下。多项式阶数较高时,查找表相对提供了一种精度更高、更有效温度测量方案。
出现软件测试方案之前,模拟线性化常被用来将测量电压转换成温度值(除了人工查找表检索外)。这种基于硬件的方法利用模拟电路修正热电偶响应的非线性。其精度取决于修正逼近多项式的阶数,在目前能够测试热电偶信号的万用表中仍采用这种方法。

 

参考资料

  • 1.焦小澄,姜大纯 编著.仪器仪表维修工实用技术手册.南京:江苏科学技术出版社.2007.
  • 2.姚永刚 主编.机电传动与控制技术.北京:中国轻工业出版社.2005.83-88.

 

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