熱電偶工作原理及冷端溫度補(bǔ)償

　　熱電偶（thermocouple）是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件，它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調(diào)節(jié)器配套使用。

　　熱電偶工作原理

　　熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中就會(huì)有電流通過，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)——熱電動(dòng)勢(shì)，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)（Seebeck effect）。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系，制成熱電偶分度表；分度表是自由端溫度在0℃時(shí)的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。

　　在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí)，只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測(cè)溫時(shí)，可接入測(cè)量?jī)x表，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后，即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。熱電偶測(cè)量溫度時(shí)要求其冷端（測(cè)量端為熱端，通過引線與測(cè)量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢(shì)大小才與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測(cè)量時(shí)，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。在冷端采取一定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補(bǔ)償正常。與測(cè)量?jī)x表連接用專用補(bǔ)償導(dǎo)線。

　　注意事項(xiàng)

　　熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度，對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì)，應(yīng)注意如下幾個(gè)問題：

　　1、熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數(shù)；

　　2、熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無(wú)關(guān)，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān)；

　　3、當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進(jìn)熱電偶的熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如圖所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因而在回路中形成一個(gè)大小的電流。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。

　　熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償

　　補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是來(lái)延伸熱電偶的冷端，與顯示儀表聯(lián)接構(gòu)成測(cè)溫系統(tǒng)。采用補(bǔ)償導(dǎo)線，目的是把熱電偶的冷端從溫度較高和不穩(wěn)定的現(xiàn)場(chǎng)延伸到溫度較低和比較穩(wěn)定的操作室內(nèi)，由于操作室的溫度往往高于0度，而且也不恒定的，這時(shí)熱電偶產(chǎn)生的熱電偶電勢(shì)必然會(huì)隨冷端溫度變送而變化。因此，在應(yīng)用熱電偶時(shí)只有把冷端溫度保持為0度，或者進(jìn)行必要的修正和處理才能得出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，對(duì)熱電偶冷端溫度主要有以下幾種處理方法。

　　1、電橋補(bǔ)償法：電橋補(bǔ)償法是目前實(shí)際應(yīng)用中最常用的一種處理方法，它利用不平衡電橋產(chǎn)生的熱電勢(shì)來(lái)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度的變化而引起熱電勢(shì)的變化，經(jīng)過設(shè)計(jì)，可使電橋的不平衡電壓等于因冷端溫度變化引起的熱電勢(shì)變化，于是實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)補(bǔ)償。。具體方法可來(lái)電資詢，一句兩句說(shuō)不清。

　　2、冷端恒溫法：這是一種最直接的冷端溫度處理方法，把熱電偶冷端，也就是補(bǔ)償導(dǎo)線接二次儀表的一端放入恒溫裝置中，保持冷端溫度為0度，所以稱之為：冰浴法“這種方法多用于實(shí)驗(yàn)室中。

　　3、計(jì)算修正法：當(dāng)用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端延伸到t0處，只要t0值已知，并測(cè)得熱電偶回路的熱電勢(shì)，就可以通過查表的方法來(lái)計(jì)算出被測(cè)溫度t，這種方法主要用于臨時(shí)測(cè)溫。