热电偶的温度补偿

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。