热电偶冷端补偿
理论上,热电偶是冷端以0℃为标准进行测量的。然而,通常测量时仪表是处于室温之下的,但由于冷端不为0℃,造成了热电势差减小,使测量不准,出现误差。因此为减少误差所做的补偿措施就是冷端温度补偿。
因为热电偶的热电势是热端与冷端相对而言的,如果不知道冷端温度,则测量的热电势并不能说明以什么为基准,所以要进行冷端补偿。这样, 根据测量的热电势加上冷端温度对应的电势就可以得到对应的热端温度。
热电偶测量温度时要求其冷端(测量端为热端,通过引线与测量电路连接的端称为冷端)的温度保持不变,其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时,冷端的(环境)温度变化,将严重影响测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的测量不准确称为热电偶的冷端补偿。 大多数测量仪器具有自动冷端补偿组态功能。
热电偶就是测它冷端和热端的温差所产生的电势,如果你的显示仪表和热电偶偶之间有温差的话,就需要冷端补偿,因为有温差就会产生电势,加了冷端补偿就测的是热电偶热端和显示仪表之间的温差所产生的电势了
方法
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。
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:
EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,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EAB(T,TH)=1.999mV,又用室温计测出TH=21℃,查此种热电偶的分度表可知,EAB(21,0)=0.832mV,故得
EAB(T,0)=EAB(T,21)+EAB(21,T0)
=1.999+0.832
=2.831(mV)
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℃。
补正系数法
把冷端实际温度TH乘上系数k,加到由EAB(T,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℃,这时热电动势为11.348mV.查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%。
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EAB(TH,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,在热电动势为零时,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EAB(T,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。
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。
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。
因为热电偶的热电势是热端与冷端相对而言的,如果不知道冷端温度,则测量的热电势并不能说明以什么为基准,所以要进行冷端补偿。这样, 根据测量的热电势加上冷端温度对应的电势就可以得到对应的热端温度。
热电偶测量温度时要求其冷端(测量端为热端,通过引线与测量电路连接的端称为冷端)的温度保持不变,其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时,冷端的(环境)温度变化,将严重影响测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的测量不准确称为热电偶的冷端补偿。 大多数测量仪器具有自动冷端补偿组态功能。
热电偶就是测它冷端和热端的温差所产生的电势,如果你的显示仪表和热电偶偶之间有温差的话,就需要冷端补偿,因为有温差就会产生电势,加了冷端补偿就测的是热电偶热端和显示仪表之间的温差所产生的电势了
方法
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。
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:
EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,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EAB(T,TH)=1.999mV,又用室温计测出TH=21℃,查此种热电偶的分度表可知,EAB(21,0)=0.832mV,故得
EAB(T,0)=EAB(T,21)+EAB(21,T0)
=1.999+0.832
=2.831(mV)
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℃。
补正系数法
把冷端实际温度TH乘上系数k,加到由EAB(T,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℃,这时热电动势为11.348mV.查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%。
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EAB(TH,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,在热电动势为零时,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EAB(T,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。
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。
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。