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熱電偶的溫度補(bǔ)償

閱讀:6517        發(fā)布時(shí)間:2020-9-2

由熱電偶的測(cè)溫原理可知,熱電勢(shì)是熱端溫度與冷端溫度的函數(shù),在冷端溫度恒定的條件下,熱電勢(shì)是熱端溫度的函數(shù)。而在實(shí)際應(yīng)用時(shí),熱電偶的冷端放置在距熱端很近的大氣中,受高溫設(shè)備和環(huán)境溫度波動(dòng)的影響較大,因此冷端溫度不恒定。要想消除冷端溫度波動(dòng)對(duì)測(cè)溫的影響,必須進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。常用的冷端溫度補(bǔ)償方法有:計(jì)算修正法、冷端恒溫法、顯示儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法、補(bǔ)償電橋(冷端溫度補(bǔ)償器)法、補(bǔ)償導(dǎo)線法、輔助熱電偶法、PN結(jié)補(bǔ)償法等。

1.計(jì)算修正法

熱電偶的分度關(guān)系是在冷端溫度為0℃的情況下得到的,若熱電偶的冷端溫度為t0,不是0℃,則不能用測(cè)量熱電偶的熱電勢(shì)去查分度表,必須進(jìn)行熱電勢(shì)修正,而后,查分度表得出被測(cè)的熱端溫度,修正電勢(shì)為

即:  總電勢(shì)=測(cè)量熱電偶輸出電勢(shì)+修正電勢(shì)

適用場(chǎng)合:實(shí)驗(yàn)室測(cè)溫,現(xiàn)場(chǎng)使用的直讀儀表測(cè)溫。前提條件是冷端溫度可測(cè)且基本恒定。缺點(diǎn):不便于連續(xù)測(cè)溫。

2.冷端恒溫法

將熱電偶的冷端溫度恒定,從而便于補(bǔ)償和修正。一般選擇冰點(diǎn)槽(0℃)或工業(yè)恒溫箱(50℃)進(jìn)行恒溫。

  • 冰點(diǎn)槽法

將熱電偶的冷端放于冰水混合物中,熱電偶輸出電勢(shì)即以0℃為冷端溫度的總電勢(shì),可直接查表或送顯示儀表顯示熱端溫度。

⑵恒溫箱法

恒溫箱法是將熱電偶的冷端置于自動(dòng)恒溫箱中。自動(dòng)恒溫箱常以蒸汽或電能作為熱源。這里以工業(yè)恒溫箱為例作簡(jiǎn)單說(shuō)明。工業(yè)恒溫箱原理如圖所示。

需要注意:該法熱電偶送出的電勢(shì)e(t,50),不能用于終溫度顯示,通常應(yīng)調(diào)整儀表的機(jī)械零位進(jìn)行修正。

3.顯示儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法

當(dāng)送入顯示儀表的電勢(shì)為e(t,t0),而t0已知且恒定時(shí),在斷開(kāi)熱電偶的情況下將儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整至t0溫度對(duì)應(yīng)的刻度。這樣相當(dāng)于在顯示儀表內(nèi)部提前施加了電勢(shì)e(t0,0),接入熱電偶后,則用于溫度顯示的總電勢(shì)為e(t,0),由于所有顯示儀表的刻度均按照分度表進(jìn)行刻度,所以儀表正確顯示被測(cè)的熱端溫度數(shù)值。

4.補(bǔ)償電橋(冷端溫度補(bǔ)償器)法

如果能得到一個(gè)隨溫度而變化的附加電勢(shì),并將該電勢(shì)串聯(lián)在熱電偶回路中,使其抵償熱電偶熱電勢(shì)因冷端溫度變化而產(chǎn)生的變化,則可保證顯示儀表中的電勢(shì)不受冷端溫度變化的影響,達(dá)到自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康摹3S玫睦涠藴囟妊a(bǔ)償器基于圖所示的不平衡電橋原理工作。由圖可見(jiàn),熱電偶(及補(bǔ)償導(dǎo)線)輸出的熱電勢(shì)與不平衡電橋的不平衡電壓相加后送至溫度顯示儀表。

冷端溫度補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)及工作原理簡(jiǎn)述如下:圖中R1,R2,R3是3個(gè)錳銅絲繞制的1Ω定值電阻;Rs是限流電阻;Rcu在20℃時(shí),阻值1Ω;電橋的供電電壓為4V。當(dāng)熱電偶(補(bǔ)償導(dǎo)線)的冷端溫度為20℃時(shí),補(bǔ)償電橋處于初始平衡狀態(tài),不平衡電壓Uab=0,熱電偶送出電勢(shì)e(t,20)給顯示儀表。當(dāng)熱電偶的冷端溫度升高而高于20℃時(shí),熱電勢(shì)將因冷端溫度升高而降低,此時(shí)Rcu的阻值增加,不平衡電橋的輸出電壓增加,即Uab>0;當(dāng)熱電偶的冷端溫度降低而低于20℃時(shí),熱電勢(shì)將因冷端溫度降低而升高,此時(shí)Rcu的阻值減小,不平衡電橋的輸出電壓減小,即Uab<0,可見(jiàn),補(bǔ)償電橋的不平衡電壓的變化方向恰與熱電勢(shì)的變化方向相反,可起到補(bǔ)償作用。若不平衡電壓的增加量恰好等于熱電勢(shì)的減少量,則實(shí)現(xiàn)了*補(bǔ)償,送顯示儀表的電勢(shì)不受冷端溫度變化的影響。由于熱電偶的熱電特性與電橋的溫度——輸出特性不*一致,故冷端溫度補(bǔ)償器并不能在補(bǔ)償范圍內(nèi)各點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)*補(bǔ)償。一般而言,*補(bǔ)償點(diǎn)為:初始平衡溫度和補(bǔ)償范圍上限溫度兩點(diǎn)。

 

另外,不同分度號(hào)熱電偶的熱電特性不同,要求的補(bǔ)償電壓不同,即補(bǔ)償器信號(hào)不同,通常補(bǔ)償器的區(qū)別僅為限流電阻的阻值不同。

需要注意的是,若補(bǔ)償電橋的初始平衡溫度不是0℃,則送給顯示儀表的電勢(shì)還需要修正,通常采取顯示儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整的方法。

 

5.補(bǔ)償導(dǎo)線法

由中間溫度定律可知,當(dāng)接點(diǎn)溫度低于100℃時(shí),可用熱—電特性相同的一對(duì)導(dǎo)線代替測(cè)量用熱電偶,也就是使用補(bǔ)償導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線雖不能改變冷端溫度,但可以遷移熱電偶的冷端位置,即將冷端從溫度波動(dòng)劇烈的地點(diǎn)遷移至相對(duì)穩(wěn)定的地點(diǎn),便于與其他溫度補(bǔ)償方法配合實(shí)現(xiàn)溫度的正確指示。例如:測(cè)量爐膛溫度的熱電偶的冷端通常在爐膛外部不遠(yuǎn)的就地,該處溫度受高溫設(shè)備及環(huán)境溫度變化的影響,波動(dòng)較劇烈,同時(shí)該處的溫度一般高于冷端溫度補(bǔ)償器的補(bǔ)償溫度,因此不能采用前述溫度補(bǔ)償方法。使用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶的冷端遷移至集控室后的電子間,當(dāng)該處溫度穩(wěn)定時(shí),可采用顯示儀表機(jī)械調(diào)零等預(yù)置電勢(shì)法;當(dāng)該處溫度不很穩(wěn)定時(shí),由于溫度處于冷端溫度補(bǔ)償器的補(bǔ)償范圍,所以可使用冷端溫度補(bǔ)償器進(jìn)行補(bǔ)償。

型號(hào)

配用熱電偶

電橋平衡時(shí)溫度(℃)

補(bǔ)償范圍(℃)

電源(V

內(nèi)阻(Ω)

補(bǔ)償誤差

WBC-01

鉑銠10-

20

050

220

1

±0.045mV

WBC-02

鎳鉻-鎳硅

±0.16mV

WBC-03

鎳鉻-考銅

±0.18mV

WBC-57-S

鉑銠10-

20

040

24

1

±(0.015±0.0015t)

WBC-57-K

鎳鉻-鎳硅

±(0.04±0.004t)

WBC-57-EA

鎳鉻-考銅

±(0.005±0.0065t)


常用補(bǔ)償導(dǎo)線

補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)

配用熱電偶分度號(hào)

補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲

絕緣層著色

100℃時(shí)允差(℃)

200℃時(shí)允差(℃)

正極

負(fù)極

正極

負(fù)極

普通級(jí)

精密級(jí)

普通級(jí)

精密級(jí)

SC

S

SPC(銅)

SNC(銅    鎳)

+5

+3

+5

KC

K

KPC(銅)

KNC(鎳硅)

藍(lán)

+2.5

+1.5

KX

K

KPX(鎳鉻)

KNX(銅鎳)

+2.5

+1.5

+2.5

+1.5

EX

E

EPX(鎳 鉻)

ENX(銅鎳)

+2.5

+1.5

+2.5

+1.5

JX

J

JPX(鐵)

JNX(銅鎳)

+2.5

+1.5

+2.5

+1.5

TX

T

TPX(銅)

TNX(銅鎳)

+2.5

+1.5

+2.5

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