熱電偶溫度補(bǔ)償?shù)脑砑岸喾N方法詳解

上面這個(gè)圖展示了熱電偶的典型應(yīng)用方式。其中，T1代表測(cè)量端溫度，T2代表接線盒溫度，T3代表控制室溫度（即物理上的冷端溫度），而T0則代表冷端補(bǔ)償電路的補(bǔ)償溫度點(diǎn)（理論上的冷端溫度）。通過這個(gè)圖，我們可以清晰地看到，實(shí)際測(cè)量所需的熱電偶溫差電勢(shì)E(T1,T0)是由三個(gè)電勢(shì)部分疊加而成的：E(T1,T2)來(lái)自熱電偶測(cè)溫元件，E(T2,T3)來(lái)自補(bǔ)償導(dǎo)線，而E(T3,T0)則來(lái)自冷端補(bǔ)償電路。

這樣的結(jié)構(gòu)為我們理解冷端補(bǔ)償提供了方便。首先，補(bǔ)償導(dǎo)線主要補(bǔ)償?shù)氖菧y(cè)溫元件接線處的溫度與控制室溫度之間的差異。其次，冷端補(bǔ)償電路則負(fù)責(zé)補(bǔ)償控制室溫度與需要固定的理論冷端溫度之間的差異。

此外，我們還需要注意熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線連接的正確性。如果連接處的溫度高于控制室溫度，那么補(bǔ)償導(dǎo)線的補(bǔ)償電勢(shì)將為正，這可能會(huì)使指示偏低，因?yàn)橄喈?dāng)于在熱電勢(shì)上加了一個(gè)負(fù)值。相反，如果連接處的溫度低于控制室溫度，那么補(bǔ)償導(dǎo)線的補(bǔ)償電勢(shì)將為負(fù)，這可能會(huì)使指示偏高，因?yàn)橄喈?dāng)于在熱電勢(shì)上減去了一個(gè)負(fù)值。然而，當(dāng)連接處的溫度等于控制室溫度時(shí)，補(bǔ)償導(dǎo)線的補(bǔ)償電勢(shì)為零，此時(shí)對(duì)測(cè)量不產(chǎn)生影響，即顯示室溫。

熱電偶溫度變送器或卡件中，都配備了溫度補(bǔ)償電路。這種電路的作用是根據(jù)熱電偶的中間溫度定律來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。該定律指出，熱電偶回路中兩接點(diǎn)間的熱電勢(shì)，等于熱電偶在不同溫度下的熱電勢(shì)之和。其中，Tn被稱為中間溫度。補(bǔ)償電路通過在冷端產(chǎn)生一個(gè)與中間溫度Tn和T0相關(guān)的熱電勢(shì)，來(lái)對(duì)冷端溫度的不確定性進(jìn)行補(bǔ)償。

這種補(bǔ)償實(shí)質(zhì)上產(chǎn)生了一個(gè)隨參考端環(huán)境溫度變化的直流毫伏信號(hào)。當(dāng)這個(gè)信號(hào)串接在熱電偶的測(cè)量回路中進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，能夠自動(dòng)補(bǔ)償參考端的溫度。

采用冷端補(bǔ)償電路的關(guān)鍵在于解決冷端溫度的不確定性問題。盡管熱電偶的分度標(biāo)準(zhǔn)通常以零度為基準(zhǔn)，但在實(shí)際中，如果冷端溫度能夠保持穩(wěn)定，那么只需要通過計(jì)算T(T,To)和T(T,Tn)之間的差值，并在指示過程中引入一個(gè)相反的誤差來(lái)抵消冷端溫度不為零的影響，從而獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

因此，在溫度補(bǔ)償中，冷端補(bǔ)償電路并不一定非要以零度為基準(zhǔn)。同時(shí)，每種熱電偶的冷端補(bǔ)償電路都有其特定的適應(yīng)范圍。為了適應(yīng)不同的環(huán)境條件、降低成本、簡(jiǎn)化線路以及減小體積等，選擇一個(gè)適合的非零溫度點(diǎn)作為冷端補(bǔ)償電路的補(bǔ)償基準(zhǔn)變得尤為常見。這個(gè)補(bǔ)償基準(zhǔn)被稱為補(bǔ)償電路的補(bǔ)償溫度，并且每臺(tái)具備冷端補(bǔ)償功能的儀表或卡件都有這個(gè)指標(biāo)。

補(bǔ)償溫度的意義在于，它確保了熱電偶的溫差電勢(shì)E(T,Tn)與補(bǔ)償電路的補(bǔ)償電勢(shì)E(TN,Tn)之和等于熱電偶工作端與補(bǔ)償溫度之間的電勢(shì)E(T,TN)。當(dāng)補(bǔ)償電路的補(bǔ)償溫度點(diǎn)TN不等于0℃時(shí)，可能會(huì)遇到一個(gè)問題：環(huán)境Tn（即熱電偶的冷端）溫度可能會(huì)低于補(bǔ)償溫度點(diǎn)TN。但這并不會(huì)影響補(bǔ)償電路的正常工作。

對(duì)于熱電偶溫度測(cè)量系統(tǒng)，無(wú)論補(bǔ)償溫度是否設(shè)為0℃，其測(cè)量結(jié)果都是一致的。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，補(bǔ)償溫度的設(shè)置對(duì)于熱電偶測(cè)量系統(tǒng)的不同部分可能會(huì)產(chǎn)生影響。接下來(lái)，我們將深入探討這一問題，并歡迎大家共同討論和補(bǔ)充。

冷端補(bǔ)償在熱電偶溫度測(cè)量系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，它主要包括動(dòng)態(tài)補(bǔ)償E(TN,Tn)和定值補(bǔ)償E(TN,T0)兩部分。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和定值補(bǔ)償可以在不同的設(shè)備或單元中實(shí)現(xiàn)，其目的都是為了確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)論熱電偶測(cè)量系統(tǒng)的工作過程如何復(fù)雜，我們都可以將其看作是補(bǔ)償溫度為0℃的情況來(lái)處理。這是因?yàn)椋?dāng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和定值補(bǔ)償在同一設(shè)備中或被視為一體時(shí)，其外在表現(xiàn)就是補(bǔ)償溫度為0℃。

對(duì)于補(bǔ)償單元而言，它主要負(fù)責(zé)將熱電偶的電勢(shì)信號(hào)從E(T,Tn)裁接成E(T,TN)。當(dāng)補(bǔ)償單元的輸入為0時(shí)，其輸出即為TN，這與補(bǔ)償溫度無(wú)關(guān)。然而，對(duì)于那些習(xí)慣于補(bǔ)償溫度為0℃的人來(lái)說，這一過程可能會(huì)引起一些困惑。

此外，補(bǔ)償單元之后的部分（如顯示儀）需要產(chǎn)生一個(gè)相當(dāng)于E(TN,T0)的信號(hào)。這意味著，當(dāng)顯示儀的輸入為0時(shí)（即不帶補(bǔ)償器），其顯示結(jié)果應(yīng)當(dāng)為TN。這一點(diǎn)對(duì)于那些習(xí)慣于將TN、T0和補(bǔ)償溫度都設(shè)為0℃的人來(lái)說，可能會(huì)造成一些疏忽。

為了提高器件的性價(jià)比，通常會(huì)將補(bǔ)償?shù)臏囟确秶闹悬c(diǎn)設(shè)置在冷端所處環(huán)境溫度變化的中點(diǎn)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)采用補(bǔ)償溫度不為0℃的補(bǔ)償單元是有其自身考慮的。例如，常見的室內(nèi)平均環(huán)境溫度20℃可以被用作補(bǔ)償溫度；在密集安裝的熱電偶輸入卡件中，可能會(huì)采用30℃的補(bǔ)償溫度；甚至在一些現(xiàn)場(chǎng)安裝的補(bǔ)償單元中，補(bǔ)償溫度會(huì)被設(shè)定為50℃。

需要注意的是，在某些情況下，如密集安裝的熱電偶輸入卡件將補(bǔ)償溫度設(shè)定為30℃，而實(shí)際熱電偶冷端所處的位置（卡件內(nèi)部）的溫度可能會(huì)高于環(huán)境溫度。此時(shí)，如果僅憑控制室墻上的溫度計(jì)來(lái)判定冷端溫度，可能會(huì)產(chǎn)生偏差。因此，在這種情況下，直接將補(bǔ)償溫度作為冷端溫度來(lái)處理，雖然可能會(huì)產(chǎn)生一定的偏差，但通常不會(huì)太大。