欢迎访问上海重辉科技有限公司网站!
主营产品:压力、温度、流量、液位、分析

热电偶的温度补偿

点击次数:163  发布时间:2020-09-02

由热电偶的测温原理可知,热电势是热端温度与冷端温度的函数,在冷端温度恒定的条件下,热电势是热端温度的函数。而在实际应用时,热电偶的冷端放置在距热端很近的大气中,受高温设备和环境温度波动的影响较大,因此冷端温度不恒定。要想消除冷端温度波动对测温的影响,必须进行冷端温度补偿。常用的冷端温度补偿方法有:计算修正法、冷端恒温法、显示仪表机械零点调整法、补偿电桥(冷端温度补偿器)法、补偿导线法、辅助热电偶法、PN结补偿法等。

1.计算修正法

热电偶的分度关系是在冷端温度为0℃的情况下得到的,若热电偶的冷端温度为t0,不是0℃,则不能用测量热电偶的热电势去查分度表,必须进行热电势修正,而后,查分度表得出被测的热端温度,修正电势为

即:  总电势=测量热电偶输出电势+修正电势

适用场合:实验室测温,现场使用的直读仪表测温。前提条件是冷端温度可测且基本恒定。缺点:不便于连续测温。

2.冷端恒温法

将热电偶的冷端温度恒定,从而便于补偿和修正。一般选择冰点槽(0℃)或工业恒温箱(50℃)进行恒温。

  • 冰点槽法

将热电偶的冷端放于冰水混合物中,热电偶输出电势即以0℃为冷端温度的总电势,可直接查表或送显示仪表显示热端温度。

⑵恒温箱法

恒温箱法是将热电偶的冷端置于自动恒温箱中。自动恒温箱常以蒸汽或电能作为热源。这里以工业恒温箱为例作简单说明。工业恒温箱原理如图所示。

需要注意:该法热电偶送出的电势e(t,50),不能用于最终温度显示,通常应调整仪表的机械零位进行修正。

3.显示仪表机械零点调整法

当送入显示仪表的电势为e(t,t0),而t0已知且恒定时,在断开热电偶的情况下将仪表的机械零点调整至t0温度对应的刻度。这样相当于在显示仪表内部提前施加了电势e(t0,0),接入热电偶后,则用于温度显示的总电势为e(t,0),由于所有显示仪表的刻度均按照分度表进行刻度,所以仪表正确显示被测的热端温度数值。

4.补偿电桥(冷端温度补偿器)法

如果能得到一个随温度而变化的附加电势,并将该电势串联在热电偶回路中,使其抵偿热电偶热电势因冷端温度变化而产生的变化,则可保证显示仪表中的电势不受冷端温度变化的影响,达到自动补偿的目的。常用的冷端温度补偿器基于图所示的不平衡电桥原理工作。由图可见,热电偶(及补偿导线)输出的热电势与不平衡电桥的不平衡电压相加后送至温度显示仪表。

冷端温度补偿器的结构及工作原理简述如下:图中R1,R2,R3是3个锰铜丝绕制的1Ω定值电阻;Rs是限流电阻;Rcu在20℃时,阻值1Ω;电桥的供电电压为4V。当热电偶(补偿导线)的冷端温度为20℃时,补偿电桥处于初始平衡状态,不平衡电压Uab=0,热电偶送出电势e(t,20)给显示仪表。当热电偶的冷端温度升高而高于20℃时,热电势将因冷端温度升高而降低,此时Rcu的阻值增加,不平衡电桥的输出电压增加,即Uab>0;当热电偶的冷端温度降低而低于20℃时,热电势将因冷端温度降低而升高,此时Rcu的阻值减小,不平衡电桥的输出电压减小,即Uab<0,可见,补偿电桥的不平衡电压的变化方向恰与热电势的变化方向相反,可起到补偿作用。若不平衡电压的增加量恰好等于热电势的减少量,则实现了完全补偿,送显示仪表的电势不受冷端温度变化的影响。由于热电偶的热电特性与电桥的温度——输出特性不完全一致,故冷端温度补偿器并不能在补偿范围内各点处实现完全补偿。一般而言,完全补偿点为:初始平衡温度和补偿范围上限温度两点。

 

另外,不同分度号热电偶的热电特性不同,要求的补偿电压不同,即补偿器信号不同,通常补偿器的区别仅为限流电阻的阻值不同。

需要注意的是,若补偿电桥的初始平衡温度不是0℃,则送给显示仪表的电势还需要修正,通常采取显示仪表机械零点调整的方法。

 

5.补偿导线法

由中间温度定律可知,当接点温度低于100℃时,可用热—电特性相同的一对导线代替测量用热电偶,也就是使用补偿导线。补偿导线虽不能改变冷端温度,但可以迁移热电偶的冷端位置,即将冷端从温度波动剧烈的地点迁移至相对稳定的地点,便于与其他温度补偿方法配合实现温度的正确指示。例如:测量炉膛温度的热电偶的冷端通常在炉膛外部不远的就地,该处温度受高温设备及环境温度变化的影响,波动较剧烈,同时该处的温度一般高于冷端温度补偿器的补偿温度,因此不能采用前述温度补偿方法。使用补偿导线将热电偶的冷端迁移至集控室后的电子间,当该处温度稳定时,可采用显示仪表机械调零等预置电势法;当该处温度不很稳定时,由于温度处于冷端温度补偿器的补偿范围,所以可使用冷端温度补偿器进行补偿。

型号

配用热电偶

电桥平衡时温度(℃)

补偿范围(℃)

电源(V

内阻(Ω)

补偿误差

WBC-01

铂铑10-

20

050

220

1

±0.045mV

WBC-02

镍铬-镍硅

±0.16mV

WBC-03

镍铬-考铜

±0.18mV

WBC-57-S

铂铑10-

20

040

24

1

±(0.015±0.0015t)

WBC-57-K

镍铬-镍硅

±(0.04±0.004t)

WBC-57-EA

镍铬-考铜

±(0.005±0.0065t)


常用补偿导线

补偿导线型号

配用热电偶分度号

补偿导线合金丝

绝缘层着色

100℃时允差(℃)

200℃时允差(℃)

正极

负极

正极

负极

普通级

精密级

普通级

精密级

SC

S

SPC(铜)

SNC(铜    镍)

绿

+5

+3

+5

KC

K

KPC(铜)

KNC(镍硅)

+2.5

+1.5

KX

K

KPX(镍铬)

KNX(铜镍)

+2.5

+1.5

+2.5

+1.5

EX

E

EPX(镍 铬)

ENX(铜镍)

+2.5

+1.5

+2.5

+1.5

JX

J

JPX(铁)

JNX(铜镍)

+2.5

+1.5

+2.5

+1.5

TX

T

TPX(铜)

TNX(铜镍)

+2.5

+1.5

+2.5

+1.5

上一篇:热电偶的检定    下一篇:普通工业热电偶的构造
在线客服