热电偶冷端温度补偿方法比较

摘要

在温度控制系统中，热电偶是一种重要的传感器，常用于高温环境的温度测量。但由于热电偶产生的热电势取决于其两端的温度，只有在冷端温度保持恒定时，其输出的热电势才是测量端（热端）温度的单值函数。而且，工程技术上广泛使用的热电偶分度表和根据分度表刻划的测温显示仪的刻度都是根据冷端温度为0°C而制作的。因此，对它的冷端温度必须进行补偿，才能保证热电偶测量精度。热电偶冷端温度的补偿方法很多。在工业仪表和生产现场中，常规补偿方法有冷端温度补偿法和补偿电桥法。较先进的补偿方法，如智能补偿法，则具有精度高，存储容量小，查表速度快等特点，是最具有发展潜力的方法之一。

关键词：温度控制热电偶温度补偿

目录

摘要 (1)

1. 智能仪器仪表的简介 (3)

1.1智能仪器仪表简介 (3)

1.2智能仪器仪表的作用 (3)

1.3本课题的背景和意义 (3)

2热电偶简介 (5)

2.1热电偶测温工作原理 (5)

2.2热电偶测温 (5)

2.3常用热电偶丝材及其性能 (5)

3冷端温度补偿的方法 (8)

3.1冷端温度校正法 (8)

3.2补偿导线法 (9)

3.3补偿电桥法 (10)

3.4温度补偿实例 (10)

结论 (15)

参考文献 (16)

1. 智能仪器仪表的简介

1.1智能仪器仪表简介

智能仪器是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。智能仪器的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。仪器仪表（英文：instrumentation）仪器仪表是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。真空检漏仪、压力表、测长仪、显微镜、乘法器等均属于仪器仪表。广义来说，仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功能，例如用于工业生产过程自动控制中的气动调节仪表，和电动调节仪表，以及集散型仪表控制系统也皆属于仪器仪表。

1.2智能仪器仪表的作用

随着微电子技术的不断发展，集成了CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至A／D、D／A转换器等电路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片(即单片机)出现了。以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，又组成了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能仪器。与传统仪器仪表相比，智能仪器具有以下功能特点：①操作自动化。仪器的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用单片机或微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。②具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。智能仪表能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。这种自测试可以在仪器启动时运行，同时也可在仪器工作中运行，极大地方便了仪器的维护。③具有数据处理功能，这是智能仪器的主要优点之一。智能仪器由于采用了单片机或微控制器，使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题，现在可以用软件非常灵活地加以解决。例如，传统的数字万用表只能测量电阻、交直流电压、电流等，而智能型的数字万用表不仅能进行上述测量，而且还具有对测量结果进行诸如零点平移、取平均值、求极值、统计分析等复杂的数据处理功能，不仅使用户从繁重的数据处理中解放出来，也有效地提高了仪器的测量精度。④具有友好的人机对话能力。智能仪器使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使仪器的操作更加方便直观。⑤具有可程控操作能力。一般智能仪器都配有GPIB、RS232C、RS485等标准的通信接口，可以很方便地与PC机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。

1.3本课题的背景和意义

在温度控制系统中，热电偶是一种重要的传感器，常用于高温环境的温度测量。但由于热电偶产生的热电势取决于其两端的温度，只有在冷端温度保持恒定时，其输出的热电势才是测量端（热端）温度的单值函数。而且，工程技术上广泛使用的热电偶分度表和根据分度表刻划的测温显示仪的刻度都是根据冷端温度为0°C而制作的。

因此，对它的冷端温度必须进行补偿，才能保证热电偶测量精度。

热电偶冷端温度的补偿方法很多。在工业仪表和生产现场中，常规补偿方法有冷端温度补偿法和补偿电桥法。较先进的补偿方法，如智能补偿法，则具有精度高，存储容量小，查表速度快等特点，是最具有发展潜力的方法之一。

2热电偶简介

2.1热电偶测温工作原理

两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：（1）热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数；（２）热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；（３）当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。

2.2热电偶测温

（1）热电偶测温的优点

测温准确度较高；动态响应速度快；测温范围较宽；信号可以远传，便于集中检测和自动控制；可测量局部温度甚至“点”的温度。

（2）热电偶测温的误差来源主要有哪些方面？

分度误差。由于热电偶材料不符合要求和材料均匀性差等原因，是热电偶的热电性质与统一的分度表之间存在分度误差。补偿导线所致误差。由于补偿导线和热电偶材料在100℃以下的热电性质不同将产生误差。参比端温度变化引起的误差。在利用补偿电桥法进行参比端温度补偿时，由于不能完全补偿而产生的误差。由于热电偶变质使热电性质变化而产生的误差。

（3）热电偶分度的定义是什么?分度的方法有哪些?

热电偶分度就是将热电偶的热端(测量端)置于若干个给定的温度下,热电偶的冷端(端)置于恒定温度或0℃的冰点瓶内,测定其热电势值.通过各温度点上测得的热电势

值来定被测电动势与其对应的温度关系.热电偶的分度方法通常采用纯金属定点法、比较法、黑体空腔法、恒温槽内分度和整套分度法。

2.3常用热电偶丝材及其性能

１、铂铑10－铂热电偶（分度号为Ｓ，也称为单铂铑热电偶）该热电偶的正极成份为含铑10%的铂铑合金，负极为纯铂；它的特点是：

热电性能稳定、抗氧化性强、宜在氧化性气氛中连续使用、长期使用温度可达1300℃，超达1400℃时，即使在空气中、纯铂丝也将会再结晶，使晶粒粗大而断裂；精度高，它是在所有热电偶中，准确度等级最高的，通常用作标准或测量较高的温度；使用范围较广，均匀性及互换性好；主要缺点有：微分热电势较小，因而灵敏度较低；价格较贵，机械强度低，不适宜在还原性气氛或有金属蒸汽的条件下使用。

２、铂铑13－铂热电偶（分度号为Ｒ，也称为单铂铑热电偶）该热电偶的正极为含13%的铂铑合金，负极为纯铂，同S型相比，它的电势率大15%左右，其它性能几乎相同，该种热电偶在日本产业界，作为高温热电偶用得最多，而在中国，则用得较少；

３、铂铑30－铂铑6热电偶（分度号为Ｂ，也称为双铂铑热电偶）该热电偶的正极是含铑30%的铂铑合金，负极为含铑6%的铂铑合金，在室温下，其热电势很小，故在测量时一般不用补偿导线，可忽略冷端温度变化的影响；长期使用温度为1600℃，短期为1800℃，因热电势较小，故需配用灵敏度较高的显示仪表。Ｂ型热电偶适宜在氧化性或中性气氛中使用，也可以在真空气氛中的短期使用；即使在还原气氛下，其寿命也是Ｒ或Ｓ型的10～20倍；由于其电极均由铂铑合金制成，故不存在铂铑－铂热电偶负极上所有的缺点、在高温时很少有大结晶化的趋势，且具有较大的机械强度；同时由于它对于杂质的吸收或铑的迁移的影响较少，因此经过长期使用后其热电势变化并不严重、缺点价格昂贵（相对于单铂铑而言）。

４、镍铬－镍硅（镍铝）热电偶（分度号为Ｋ）该热电偶的正极为含铬10%的镍铬合金，负极为含硅3%的镍硅合金（有些国家的产品负极为纯镍）。可测量0～1300℃的介质温度，适宜在氧化性及惰性气体中连续使用，短期使用温度为1200℃，长期使用温度为1000℃，其热电势与温度的关系近似线性，价格便宜，是目前用量最大的热电偶。Ｋ型热电偶是抗氧化性较强的贱金属热电偶，不适宜在真空、含硫、含碳气氛及氧化还原交替的气氛下裸丝使用；当氧分压较低时，镍铬极中的铬将择优氧化，使热电势发生很大变化，但金属气体对其影响较小，因此，多采用金属制保护管。

Ｋ型热电偶的缺点：

热电势的高温稳定性较Ｎ型热电偶及贵重金属热电偶差，在较高温度下（例如超过1000℃）往往因氧化而损坏；在250～500℃范围内短期热循环稳定性不好，即在同一温度点，在升温降温过程中，其热电势示值不一样，其差值可达2～3℃；其负极在150～200℃范围内要发生磁性转变，致使在室温至230℃范围内分度值往往偏离分度表，尤其是在磁场中使用时往往出现与时间无关的热电势干扰；长期处于高通量中系统辐照环境下，由于负极中的锰（Ｍn）、钴（Ｃo）等元素发生蜕变，使其稳定性欠佳，致使热电势发生较大变化。

５、镍铬硅－镍硅热电偶（分度号为Ｎ）该热电偶的主要特点是：在1300℃以下调温抗氧化能力强，长期稳定性及短期热循环复现性好，耐核辐射及耐低温性能好，另外，在400～1300℃范围内，Ｎ型热电偶的热电特性的线性比Ｋ型偶要好；但在低温范围内（-200～400℃）的非线性误差较大，同时，材料较硬难于加工。

６、铜－铜镍热电偶（分度号为Ｔ）T型热电电偶,该热电偶的正极为纯铜，负极为铜镍合金（也称康铜），其主要特点是：在贱金属热电偶中，它的准确度最高、热电极的均匀性好；它的使用温度是-200～350℃，因铜热电极易氧化，并且氧化膜易脱落，故在氧化性气氛中使用时，一般不能超过300℃，在-200～300℃范围内，它们灵敏度比较高，铜－康铜热电偶还有一个特点是价格便宜，是常用几种定型产品中最便宜的一种。

７、铁－康铜热电偶（分度号为Ｊ）J型热电偶,该热电偶的正极为纯铁，负极为康铜（铜镍合金），具特点是价格便宜,适用于真空氧化的还原或惰性气氛中，温度范围从 -200～800℃，但常用温度只是500℃以下，因为超过这个温度后，铁热电极的氧化速率加快，如采用粗线径的丝材，尚可在高温中使用且有较长的寿命；该热电偶能耐氢气（Ｈ2）及一氧化碳（ＣＯ）气体腐蚀，但不能在高温（例如500℃）含硫（Ｓ）的气氛中使用。

８、镍铬－铜镍（康铜）热电偶（分度号为Ｅ）Ｅ型热电偶是一种较新的产品，它的正极是镍铬合金，负极是铜镍合金（康铜），其最大特点是在常用的热电偶中，其热电势最大，即灵敏度最高；它的应用范围虽不及Ｋ型偶广泛，但在要求灵敏度高、

热导率低、可容许大电阻的条件下，常常被选用；使用中的限制条件与Ｋ型相同，但对于含有较高湿度气氛的腐蚀不很敏感。

除了以上8种常用的热电偶外，作为非标准化的热电偶还有钨铼热电偶，铂铑系热电偶，铱锗系热电偶，铂钼系热电偶和非金属材料热电偶等。

热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依据，否则会产生误差。因此，常采用一些措施来消除冷锻温度变化所产生的影响，如冷端恒温法、冷端温度校正法、补偿导线法、补偿电桥法。

3冷端温度补偿的方法

3.1冷端温度校正法

由于热电偶的温度分度表是在冷端温度保持在0℃的情况下得到的，与它配套使用的测量电路或显示仪表又是根据这一关系曲线进行刻度的，因此冷端温度不等于0℃时，就需对仪表指示值加以修正。如冷端温度高于0℃，但恒定于t0℃,则测得的热电势要小于该热电偶的分度值，为求得真实温度，可利用中间温度法则，即用下式进行修正：

E（t,0）= E（t,t1）+ E（t1,0）

当热电偶冷端温度偏高0℃，但稳定在t0时，可修正仪表指示值，得到冷端在0℃的热电势E(t,0),通过查分度表确定被测温度t

K型热电偶分度表K 参考端温度：0℃整10度μν值

℃010203040506070

0039779812031611202224362850

10040954508491953275733613765396939

20081378537893893419745101511056010969

3001220712623130391345613874142921471215132

4001639516818172411766418088185131893819363

5002064021066214932191922346227722319823624

6002490225327257512617626599270222744527867

7002912829547299653038330799312143162932042

8003327733686340953450234909353143571836121

9003732537724381223851938915393103970340096

10004126941657420454243242817432024358543968

11004510845486458634623846612469854735647726

12004882849192495554991650276506335099051344

N型热电偶分度表

N 参考端温度：0℃整10度μν值

℃010203040506070

002615257931065134016191902

10027743072337436803989430246184937

20059136245657969167255759779418288

30093419696100541041310774111361150111867

4001297413346137191409414469148461522515604

5001674817131175151790018286186721905919447

6002061321003213932178422175225662295823350

7002452724919253122570526098264912688327276

8002845528847292392963230024304163080731199

9003237132761331513354133930343193470735095

10003625636641370273741137795381793856238944

11004008740466408454122341600419764235242727

12004384644218445884495845326456944606046425

3.2补偿导线法

为了使热电偶冷端温度保持恒定（最好为0℃），可将热电偶做的很长，使冷端远离工作端，并连同测量仪表一起放置到恒温或温度波动比较小的地方。但这种方法使安装使用不方便，而且可能耗费许多贵重的金属材料。因此，一般使用一种称为补偿导线的连接线将热电偶冷端延伸出来。这种导线在一定温度范围内（0～150℃）具有和所连接的热电偶相同的热电性能，若是用廉价金属制成的热电偶，则可用其本身的材料作为补偿导线，将冷端延伸到温度恒定的地方。

＊补偿导线在使用中注意事项

（1）补偿导线的选择

补偿导线一定要根据所使用的热电偶种类和所使用的场合进行正确选择。例如,k 型偶应该选择k型偶的补偿导线,根据使用场合,选择工作温度范围。通常kx工作温度为-20～100℃,宽范围的为-25～200℃。普通级误差为±2.5℃,精密级为±1.5℃。

（2）接点连接

与热电偶接线端2个接点尽可能近一点,尽量保持2个接点温度一致。与仪表接线端连接处尽可能温度一致,仪表柜有风扇的地方,接点处要保护不要使得风扇直吹到接点。

（3）使用长度

因为热电偶的信号很低,为微伏级,如果使用的距离过长,信号的衰减和环境中强电的干扰偶合,足可以使热电偶的信号失真,造成测量和控制温度不准确,在控制中严

重时会产生温度波动。根据我们的经验,通常使用热电偶补偿导线的长度控制在15米内比较好,如果超过15米,建议使用温度变送器进行传送信号。温度变送器是将温度对应的电势值转换成直流电流传送,抗干扰强。

（4）布线

补偿导线布线一定要远离动力线和干扰源。在避免不了穿越的地方,也尽可能采用交叉方式,不要平行。

（5）屏蔽补偿导线

为了提高热电偶连接线的抗干扰性,可以采用屏蔽补偿导线。对于现场干扰源较多的场合,效果较好。但是一定要将屏蔽层严格接地,否则屏蔽层不仅没有起到屏蔽的作用,反而增强干扰。

3.3补偿电桥法

补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。补偿电桥现已标准化。不平衡电桥（即补偿电桥）是由电阻R1、R2、R3和RCu组成。其中R1=R2=R3=1 ；Rs是用温度系数很小的锰铜丝绕制而成的；RCu是有温度系数较大的铜线绕制而成的补偿电阻，0℃时，RCu=1 ；Rs的值可根据所选电偶的类型计算确定。此桥串联在热电偶测量回路中，热电偶冷端与电阻RCu感受相同的温度，在某一温度下（通常取0℃）调整电桥平衡，使R1=R2=R3=RCu。当冷端温度变化时，RCu随温度改变，破坏了电桥平衡，产生一不平衡电压△U，此电压则与热电势相叠加，一起送入测量仪表。适当选择Rs的数值，可是电桥产生的不平衡电压△U在一定温度范围内基本上能补偿由于冷端温度变化而引起的热电势变化值。这样，当冷端温度有一定变化时，仪表仍然可给出正确的温度示值。

使用冷端温度补偿器时要注意以下几点：

（1）补偿器接入测量系统时正负极性不可接反。

（2）显示仪表机械零位应调整到冷端温度补偿器设计时平衡温度，如补偿器是按t0=20℃时电桥平衡设计，则仪表机械零位应调整到20℃处。

（3）因热电偶热电势和补偿电桥输出电压两者随温度变化特性不完全一致，故冷端补偿器补偿温度范围内不到完全补偿，但误差很小，能满足工业生产需要。

以上几种补偿法常用于热电偶和动圈显示仪表配套测温系统中。自动电子电位差计和温度变送器等温度测量仪表测量线路中已设置了冷端补偿电路，，热电偶与它们配套使用时不用再考虑补偿方法，但补偿导线仍旧需要

3.4温度补偿实例

下面讨论了三种利用硅传感器IC进行冷端补偿的典型应用，三个电路均用来解决温度范围较窄(0°C至+70°C和-40°C至+85°C)的冷端温度补偿，精度在几个摄氏度以内。第二个电路包含一个远端二极管温度检测器，由连接成二极管的晶体管为其提供测试信号。第三个电路中的模/数转换器(ADC)内置冷端补偿。所有三个电路均采用K 型热电偶(由镍铬合金和镍基热电偶合金组成)进行温度测量。

1 下面电路中，16位Σ-Δ ADC将低电平热电偶电压转换成16位串行数据输出。

集成可编程增益放大器有助于改善ADC的分辨率，这对于处理热电偶小信号输出非常必要。温度检测IC靠近热电偶安装，用于测量冷端附近的温度。这种方法假设IC温度近似等于冷端温度。冷端温度传感器输出由ADC的通道2进行数字转换。温度传感器内部的2.56V基准节省了一个外部电压基准IC。

图2. 利用硅传感器IC进行冷端补偿

本地温度检测IC (MAX6610)确定冷端温度。温度检测IC靠近热电偶接点(冷端)放置，热电偶和冷端温度传感器输出电压由16位ADC (MX7705)转换。

工作在双极性模式时，ADC可以转换热电偶的正信号和负信号，并在通道1输出。ADC 的通道2将MAX6610的单端输出电压转换成数字信号，提供给微控制器。温度检测IC 的输出电压与冷端温度成正比。为了确定热端温度，需首先确定冷端温度。然后通过NBS提供的K型热电偶查找表将冷端温度转换成对应的热电电压。将此电压与经过PGA 增益校准的热电偶读数相加，最后再通过查找表将求和结果转换成温度，所得结果即为热端温度。表2列出了温度测量结果，冷端温度变化范围：-40°C至+85°C，热端保持在+100°C。实际测量结果在很大程度上取决于本地温度检测IC的精度和烤箱温度。

表2. 图2电路在不同烤箱的冷端和热端测量温度

“热端测量温度”是经过补偿的数值，由电路测量得到。

2 下图所示电路中，远端温度检测IC 测量电路的冷端温度，与本地温度检测IC 不同的是IC 不需要靠近冷端安装，而是通过外部连接成二极管的晶体管测量冷端温度。晶体管直接安装在热电偶接头处。温度检测IC 将晶体管的测量温度转换成数字输出。ADC 的通道1将热电偶电压转换成数字输出，通道2没有使用，输入直接接地。外部2.5V 基准IC 为ADC 提供基准电压。

图3. 晶体管测量冷端温度进行补偿

远端二极管温度检测IC 不必靠近冷端，因为它使用了一个外部二极管检测温度。MAX6002为ADC 提供2.5V 基准电压。表3列出了温度测量结果，冷端温度变化范围：-40°C 至+85°C ，热端保持在+100°C 。实际测量结果在很大程度上取决于远端二极管温度检测IC 的精度和烤箱温度。

冷端 温度

(°C) 热端测量

温度* (°C) 测量值1 -39.9 +101.4 测量值2 0.0 +101.5 测量值3 +25.2 +100.2 测量值4

+85.0

+99.0

表3. 图3电路在不同烤箱的冷端和热端测量温度

冷端 温度 (°C) 热端测量 温度* (°

C) 测量值1 -39.8 +99.1 测量值2 -0.3 +98.4 测量值3 +25.0 +99.7 测量值4

+85.1

+101.5

* “热端测量温度”是经过补偿的数值，由电路测量得到。

3 下图电路中的12位ADC 带有温度检测二极管，温度检测二极管将环境温度转换成电压量，IC 通过处理热电偶电压和二极管的检测电压，计算出补偿后的热端温度。数字输出是对热电偶测试温度进行补偿后的结果，在0°C 至+700°C 温度范围内，器件温度误差保持在±9 LSB 以内。虽然该器件的测温范围较宽，但它不能测量0°C 以下的温度。

图4 模/数转换器(ADC)内置冷端补偿

集成了冷端补偿的ADC ，将热电偶电压转换为温度，无需外部元件。 表4是4所示电路的测量结果，冷端温度变化范围：0°C 至+70°C ，热端温度保持在+100°C 。

表4. 图4电路在不同烤箱的冷端和热端测量温度

冷端温度(°C) 热端测量温度* (°C)

测量值1 0.0 +100.25

测量值2 +25.2 +100.25

测量值3 +50.1 +101.0

测量值4 +70.0 +101.25 * “热端测量温度”是经过补偿的数值，由电路测量得到。

结论

本报告通过对热电偶冷端温度补偿分析简要介绍了热电偶冷端温度补偿方法，由于热电偶是差分温度测量器件，在处理热电偶信号时必须建立一个参考点。热电偶所提供的电压体现了热端与冷端的温度差。如果已知冷端温度和相对于冷端的热端温度，即可确定出热端的实际温度值。

冷端补偿器件的选择标准与精度、成本、线性度、温度范围等因素有关，铂RTD 精度最高，但成本也最高。电热调节器价格低、可工作在较宽的温度范围，但其线性度较差。硅温度传感器检测IC工作温度范围较窄，但具有合理的精度和线性度，成本也比较低，能够满足多数热电偶应用的需求。

参考文献

[1]《热电偶测温》（美）P.A.金齐原子能出版社出版时间，1980-03

[2]《工业用热电偶补偿导线及技术手册》王健石.主编中国计量出版社， 2002

[3] 陈尚松郭庆黄新编著.电子测量与仪器.北京.电子工业出版社，2012

K热电偶冷端温度补偿实验

实验一K型热电偶冷端温度补偿实验 一、实验目的： 了解热电偶冷端温度补偿器的原理与补偿方法。 二、需用器件与单元： 主机箱中的智能调节器单元、电压表、转速调节0~24V电源、15V直流稳压电源； 温度源、Pt100热电阻（温度控制传感器）、K热电偶（温度特性实验传感器）、温度传感器实验模板；压力传感器实验模板（作为直流mV信号发生器）、冷端温度补偿器、补偿器专用+5V直流稳压电源。 三、基本原理： 本实验为K分度热电偶。冷端补偿器外形为一个小方盒，有4个引线端子，4、3接+5V专用电源，2、1输出补偿热电势信号；它的内部是一个不平衡电桥，如图33-1所示。这个直流电桥称冷端温度补偿器，电桥在0oC时达到平衡（亦有20oC平衡）。当热电偶温度升高时（>0oC)热电偶回路电势Uab下降,由于补偿器中,PN呈负温度系数,其正向压降随温度升高而下降,促使2端电位上升,使Vi不变达到补偿目的。 图1 热电偶冷端温度补偿器原理 四、实验步骤： 1、温度传感器实验模板放大器调零：按图2示意接线。将主机箱上的电压表量程切换开关打到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节温度传感器实验模板中的Rw2(增益电位器）顺时针转到底，再调节Rw3(调零电位器）使主机箱的电压表显示为0V（零位调好后Rw3电位器旋钮位置不要改动）。关闭主机箱电源。 图2 温度传感器实验模板放大器调零接线示意图

2、调节温度传感器实验模板放大器的增益A为100倍：利用压力传感器实验模板的零位偏移电压作为温度实验模板放大器的输入信号来确定温度实验模板放大器的增益A。按图2示意接线，检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节压力传感器实验模板上的Rw2(调零电位器)，使压力传感器实验模板中的放大器输出电压为0.01V（用主机箱电压表测量）；再将0.01V电压输入到温度传感器实验模板的放大器中，再调节温度传感器实验模板中的增益电位器Rw2（小心：不要误碰调零电位器Rw3），使温度传感器实验模板放大器的输出电压为1.000V（增益调好后Rw2电位器旋钮不要改动）。关闭电源。 图3 调节温度实验模板放大器增益A接线示意图 3、将主机箱上的转速调节旋钮（0~24V）顺时针旋转到底（24V）；将调节控制对象开关拨到Rt.Vi位置。将冷端补偿器的专用电源插头插到主机箱侧面的交流220V插座上。按图33-4示意接线，检查接线无误后合上主机箱电源开关，再合上调节器电源开关和温度源电源开关，将温度源控制在60oC，待电压表显示上升到平衡点时记录数据。再按表1中温度值设置温度源的温度并将放大器的相应输出值填入表中： 温度设定方法，按住▲键约三秒，仪表进入“SP”给定值（实验值）设置，此时可按上述方法按↓、↑、←三键设定实验值，使SV窗显示值与AL-1（上限报警）值一致（如100 oC）。 图4 K热电偶冷端温度补偿实验接线示意图

实验4 E型热电偶冷端温度补偿实验

热电偶冷端温度补偿实验 （请先仔细阅读温控仪操作说明） 一、实验目的： 了解热电偶冷（自由）端温度补偿的原理与方法。 二、基本原理： 由实验四可知，热电偶是一种温差测量传感器。为直接反映温度场的摄氏温度值，需对其自由端进行温度补偿。热电偶冷端温度补偿的方法有：冰水法、恒温槽法、自动补偿法、电桥平衡法，常用的是电桥平衡法（图5-1），它是在热电偶和测温装置之间接入一个直流电桥，称为冷端温度补偿器，补偿器电桥在0℃时达到平衡(亦有20℃平衡)。当热电偶自由端(a、b)温度升高时(>0℃)热电偶回路的电势Uab下降，由于补偿器中PN结呈负温度系数，其正向压降随温度升高而下降，促使Uab上升，其值正好补偿热电偶因自由端温度升高而降低的电势，达到补偿目的。 三、实验设备及器材： 温度控制仪SET300、温度传感器实验模板、K.E热电偶、冷端温度补偿器、外接+5V电源适配器。 四、实验步骤： 1、温控仪电源先别开启，将热电偶插到温度控制仪两个传感器插孔中任意一个插孔中，（K型、E 型已装在一个护套内），K型热电偶的自由端接到温控仪面板上的E K端，用它作为标准传感器，配合温控仪用于设定温度，注意识别K型、E型引线标记及正极、负极不要接错； 2、将E型热电偶的自由端（蓝、绿线）接到数字万用表红、黑表笔，打开万用表电源开关，将量程设置到DC200mV挡，观察万用表的电压显示值，若为负，交换E型热电偶与万用表连接的蓝、绿线，然后记录下此时室温下对应的电压读数V于表5-1中； 3、开启温控仪电源，按表5-1对温控仪进行温度设置，当PV窗口显示值达到设定的温度值，且稳定之后，记录下该温度下对应输出的电压值V，并填入表5-1。 表5-1：E型热电偶测温数据（补偿前） 4、关闭温控仪电源，将E型热电偶从温控仪顶部加热孔中取出，让其充分冷却至室温； 5、将冷端温度补偿器(0℃)与冷却后的E型热电偶按图5-1相连，在补偿器④、③端加上补偿器电源+5V（用外接电源适配器），将冷端补偿器的①、②端接入数字电压表，记录下室温时对应的电压表读数V； 6、将E型热电偶重新插入温度控制仪加热插孔中，开启温控仪电源，按表5-2对温控仪进行温度设置，记录下各温度值下对应的万用表电压值，填入表5-2中。

热电偶冷端温度补偿的方法

热电偶冷端温度补偿的方法 1.热电偶热电势的大小与其两端的温度有关，其温度-热电势关系曲线是在冷端温度为0℃时分度的。在实际应用中，由于热电偶冷端暴露在空间受到周围环境温度的影响，所以测温中的冷端温度不可能保持在0℃不变，而热偶电势既决定于热端温度，也决定于冷端温度。所以，如果冷端温度自由变化，必然会引起测量误差。为了消除这种误差，必须进行冷端温度补偿。可以采用以下的方法: 1）补偿导线延长法补偿导线是特种导线，用于热电偶和二次仪表间的信号传输,能够消除热电偶冷端温度变化引起的测量误差，保证仪表对介质温度的精确测量。补偿导线在一定温度范围内与所连接的热电偶具有相同或十分相近的热电特性， 根据热电偶补偿导线标准，不同的热电偶所配用的补偿导线也不同，并且有正负极性之分，各种补偿导线的正极均为红色，负极的不同颜色分别代表不同的分度号和导线。使用时注意与型号匹配，并且电极不能接错，否则将产生较大的测量误差。常用的热电偶补偿导线见表2-1-11 表2-1- 1 型号热电偶分度号 线芯材料绝缘层颜色正极负极正极负极 SC S（铂铑10-铂）SPC（铜）SNC（铜镍）红绿KC K（镍铬-镍硅）KPC（铜）KNC（康铜）红蓝KX K（镍铬-镍硅）KPX（镍铬）KNX（镍硅）红黑EX E（镍铬-康铜）EPX（镍铬）ENX（铜镍）红棕 JX J（铁-康铜）JPX（铁）JNX（铜镍）红紫TX T（铜-康铜）TPX（铜）TNX（铜镍）红白 2）冰点法各种热电偶的分度表都是在冷端为0℃的情况下制定的，如果把冷端置于能保持0℃的冰点槽内，则测得的热电势就代表被测的实际温度。冰点法一般在实验室的精密测量中使用。 3）计算修正法用计算修正法来补偿冷端温度变化的影响只适用于实验室或临时性测温的情况，而对于现场的连续测量是不实用的。 4）仪表零点校正法如果热电偶的冷端温度比较恒定，与之配用的显示仪表调整又比较方便，则可采用此种方法来实现冷端温度补偿。 5）补偿电桥法补偿电桥法是采用不平衡电桥产生的直流毫伏信号，来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化，有称为冷端补偿器。 2.有关热电偶回路的几个结论: 1）如组成热电偶回路的两种导体材料相同，则无论热电偶两端温度如何，热电偶回路内的总热电势为零。 2）如热电偶两端温度相同，T=T0，则尽管两热电偶丝的材料不同，热电偶回路内的总热电势亦为零。 3）热电偶的热电势与A、B材料中间温度无关，只与端点温度T1、T0有关。 4）在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要第三种导线两端温度相同，第三种导线的引入不会影响热电偶的热电势。

K型热电偶冷端补偿方案

K型热电偶冷端补偿方案 时间:2007-12-07 来源: 作者:郭锐徐玉斌点击：1742 字体大小:【大中小】 1 引言 在SMT 行业中为满足自动化大批量生产的需要,绝大多数企业采用隧道式连续传送结构的回流焊炉。这种回流焊炉普遍至少具有3 个温区。由于印制板上的温度变化远比仪表的显示温度复杂得多,因此对于回流焊炉操作者来说只凭经验,很难在短时间内把这种回流焊 炉的温度和传动速度调节到最佳状态。 因此,须将细丝状K型热电偶的探头用焊料或高温胶粘剂固定在印制板的监测点上,温度记录器和印制板一起随炉子的传送网或传送链从炉膛中穿过,与此同时,记录器自动以预定 时间间隔采样热电偶的温度信号,并将随时间变化的温度数据保存在记录器的非易失性存储器中。在此过程中, 温度记录仪的外界温度可能达到270 ℃以上,其内部温度采取必要的隔热技术后也在60 ℃左右。而热电偶的理论冷端温度为纯水冰点温度(0 ℃) ,故而必须对此给予补偿。挢轍钨癆泼殯赊鋯褲斋純餼語優參嬷皱劝圓潴脔鹵躦鄉槨饲濤阊嗩蠼镏窜詫鸳赕颟戶贏实積历銼狮牽镣餃讽驗鋨缚爭擋苹繃钯层偉钍嘯稳鹈闭躕为红侠櫻譫牽驚魯輔骋辑檸遜遲燁懌痫潑砻刍諏虾讲飑塵攏葦靥緬覓钋糾晋 嗇愛騁錯。 2 方案选择 2.1 硬件系统方案 现有产品多采用3 种方法测量冷端环境温度。 (1) 直接借用CPU 内部温度传感器,如Cygnal 的CF020。然而,首先记录仪内部温度场并不均匀,热点偶补偿线接入点的温度与CPU 的表面温度存在差值;其次,集成温度传感器的灵敏度一般为0.1 ℃,精度±2 ℃,难以满足测量要求。 (2) 使用新型智能温度传感器,如美信DS1626,12bit 采样精度,3 线串行数据通信, 0 ℃to + 70 ℃，2.7V

热电偶测温原理及冷端温度补偿方法

热电偶测温原理及冷端温度补偿方法 院系：化工学院化机系 班级： 姓名： 学号：

热电偶测温原理及冷端温度补偿方法热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表，温精确度高，显示仪表配合，广泛用来测量气体、蒸汽、液体等介质－200℃～16000℃范围内的温度，殊情况下可测－2700℃～28000℃，态响应快，惯性小，械强度高，压性能好，高温可达28000℃，震性能好，且便于信号的远距离传送和实现多点切换测量，自动记录和集中控制，能稳定、测量精度高、准确可靠、使用寿命长、结构简单、制造容易、装配简单、更换方便和使用维护方便，测量范围广，可作为标准计量，量值传递之用，以在科学研究和工业生产中应用广泛，为测温仪表，建筑环境与设备工程中应用也非常广泛。 热电偶测温的测温系统的热电偶温度计由热电偶、电测仪表和连接导线组成。测温原理基于物理学中“热电效应”现象，是把任意两种不同的导体（或半导体）连接成闭合回路，果两个接点的温度不同，回路中就会产生热电势，热电流，就是“热电效应”。热电偶温度计就是利用该原理，两种不同的金属材料一端焊接而成的，接的一端叫测量端（也叫热端或工作端），未焊接的一端叫参考端（也叫冷端或自由端），如果参考端的温度恒定不变，热电势的大小和方向就只与这两种材料的特性和测量端的温度有关，热电势和温度之间有一个固定的函数关系，用这个关系，要测量出热电势的大小，配以测量毫伏级电势信号的仪表或变送器就实现了温度的测量或温度信号的变换。 在进行温度测量时，热电偶热端插入被测温的设备或管道中，其热端感受被测介质的温度，冷端置于恒定的温度之下，用连接导线连

接电气测量仪表。根据热电偶基本定律之一的中间导体定律，热电偶回路中接入第三种金属材料时，要该材料两个接点的温度相同，电偶所产生的热电势将保持不变，不受第三种金属接入回路中的影响。因此，热电偶测温时，接入测量仪表，得热电动势后，可知道被测介质的温度。 热电偶测温系统的冷端温度补偿方法：由热电偶测温原理可知，电势的大小与热电偶两端的温度有关。只有当热电偶冷端温度保持不变时，电势才是被测温度的单值函数。因此，准确地测量温度，须使其参考端温度恒定，电偶冷端最好应保持0℃，般固定在0℃，在现场条件下使用的仪表则难以实现，此必须对其参考端进行温度补偿修正，确保温度测量的准确性。 工业上常用的各种热电偶的温度———热电势关系曲线（或数据）是在冷端温度为0℃时得到的，它配套的仪表也是依据这一关系进行刻度的。但在实际应用中，冷端温度往往高于0℃，不稳定，环境温度变化而改变，使热电偶产生的热电势偏小并随之变化，而造成测量误差引入。因此，热电偶参考端温度不为0℃，是一个波动的温度时，须采用恰当的补偿方法准确修正。 热电偶参比端温度的处理方法有：（1）补偿导线法（2）参比端温度测量计算法（3）参比端恒温法（4）补偿电桥法。补偿导线是在一定的温度范围内（一般为0～100℃），有与所匹配热电偶热电动势相同标称值的一对带有绝缘层的导线，于连接热电偶和测量显示仪表装置，补偿它们与热电偶连接处的温度变化所产生的误差。延长了

热电偶测温原理及冷端温度补偿方法

热电偶测温原理及冷端温 度补偿方法 Prepared on 22 November 2020

热电偶测温原理及冷端温度补偿方法 院系：化工学院化机系 班级： 姓名： 学号： 热电偶测温原理及冷端温度补偿方法热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表，温精确度高，显示仪表配合，广泛用来测量气体、蒸汽、液体等介质－200℃～16000℃范围内的温度，殊情况下可测－2700℃～28000℃，态响应快，惯性小，械强度高，压性能好，高温可达28000℃，震性能好，且便于信号的远距离传送和实现多点切换测量，自动记录和集中控制，能稳定、测量精度高、准确可靠、使用寿命长、结构简单、制造容易、装配简单、更换方便和使用维护方便，测量范围广，可作为标准计量，量值传递之用，以在科学研究和工业生产中应用广泛，为测温仪表，建筑环境与设备工程中应用也非常广泛。 热电偶测温的测温系统的热电偶温度计由热电偶、电测仪表和连接导线组成。测温原理基于物理学中“热电效应”现象，是把任意两种不同的导体（或半导体）连接成闭合回路，果两个接点的温度不同，回路中就会产生热电势，热电流，就是“热电效应”。热电偶温度计就是利用该原理，两种不同的金属材料一端焊接而成

的，接的一端叫测量端（也叫热端或工作端），未焊接的一端叫参考端（也叫冷端或自由端），如果参考端的温度恒定不变，热电势的大小和方向就只与这两种材料的特性和测量端的温度有关，热电势和温度之间有一个固定的函数关系，用这个关系，要测量出热电势的大小，配以测量毫伏级电势信号的仪表或变送器就实现了温度的测量或温度信号的变换。 在进行温度测量时，热电偶热端插入被测温的设备或管道中，其热端感受被测介质的温度，冷端置于恒定的温度之下，用连接导线连接电气测量仪表。根据热电偶基本定律之一的中间导体定律，热电偶回路中接入第三种金属材料时，要该材料两个接点的温度相同，电偶所产生的热电势将保持不变，不受第三种金属接入回路中的影响。因此，热电偶测温时，接入测量仪表，得热电动势后，可知道被测介质的温度。 热电偶测温系统的冷端温度补偿方法：由热电偶测温原理可知，电势的大小与热电偶两端的温度有关。只有当热电偶冷端温度保持不变时，电势才是被测温度的单值函数。因此，准确地测量温度，须使其参考端温度恒定，电偶冷端最好应保持0℃，般固定在0℃，在现场条件下使用的仪表则难以实现，此必须对其参考端进行温度补偿修正，确保温度测量的准确性。 工业上常用的各种热电偶的温度———热电势关系曲线（或数据）是在冷端温度为0℃时得到的，它配套的仪表也是依据这一关系进行刻度的。但在实际应用中，冷端温度往往高于0℃，不稳

铂电阻和热电偶测温特性实验-热电偶冷端温度补偿设计

铂电阻和热电偶测温特性实验 一、实验目的 1、掌握热电阻和热电偶测量温度的原理和特性。 2、了解热电阻和热电偶的接线方式。 3、了解电加热过程的工作特性。 二、实验原理 1、热电阻测温原理：利用导体电阻随温度变化的特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。常用的热电阻有铂电阻和铜电阻。铂电阻在0-630.74℃以内测温时，电阻Rt与温度t的关系为：Rt=Ro (1+At+Bt2)，其中，Ro是温度为0℃时的电阻。本实验Ro＝100Ω。A＝3.9684×10－2／℃，B＝－5.847×10－7／℃2，铂电阻采用三线连接，其中一端接二根引线主要为消除引线电阻对测量的影响。 2、热电偶测温原理：两种不同的导体或半导体组成闭合回路，当两接点分别置于两不同温度时，在回路中就会产生热电势，形成回路电流。这种现象就是热电效应。热电偶就是基于热电效应工作的。温度高的接点就是工作端，将其置于被测温度场配以相应电路就可间接测得被测温度值。 三、实验设备 CSY-2000实验台、温度源、热电偶（K型或E型）、Pt100热电阻、万用表、连接导线等。 四、实验步骤与说明 本实验的难点是对温度源（右图）温度的控制，这里采用温度控制仪进行操作。实验前需认真阅读附录一《CSY-2000A实验台上的温度控制仪使用说明》。 （1）本实验采用手动控制模式来控制温度源的温度，改变温度控制仪的输出值MV，用万用表测量输出端交流电压，观察电压变化情况。 （2）利用铂热电阻测量环境温度，并记录在表1-1。 （3）温度源（右图）内部封装了一个Pt100热电阻，在面板上有三个引出端子。将此 热电阻信号连接到温度控制仪输入端，作为温度测量的基准温度。 （4）把热电偶和热电阻插入到温度源测点上，热电偶的信号可直接用mV表测量。热 电阻的信号可用万用表电阻档直接测量。 （5）控制温度源的加热电压和加热时间，使温度源从40℃开始，每增加5℃记录一次 热电偶和热电阻的输出，填入表1-1。注意：为了保证数据准确，应在温度源稳定在温 度点上至少30秒后读数。 （6）测量完成后，关上主控台上的温度开关、电源开关，拔下连接导线。如果此时温度源温度大于30℃，则将温度源上的风扇电源24V连接到主控台上的24V稳压电源上，让风扇运转降温。

k热电偶冷端温度补偿实验

实验三十三K型热电偶冷端温度补偿实验 一、实验目的： 了解热电偶冷端温度补偿器的原理与补偿方法。 二、需用器件与单元： 主机箱中的智能调节器单元、电压表、转速调节0~24V电源、15V直流稳压电源； 温度源、Pt100热电阻（温度控制传感器）、K热电偶（温度特性实验传感器）、温度传感器实验模板；压力传感器实验模板（作为直流mV信号发生器）、冷端温度补偿器、补偿器专用+5V直流稳压电源。 三、基本原理： 本实验为K分度热电偶。冷端补偿器外形为一个小方盒，有4个引线端子，4、3接+5V专用电源，2、1输出补偿热电势信号；它的内部是一个不平衡电桥，如图33-1所示。这个直流电桥称冷端温度补偿器，电桥在0oC时达到平衡（亦有20oC平衡）。当热电偶温度升高时（>0oC)热电偶回路电势Uab下降,由于补偿器中,PN呈负温度系数,其正向压降随温度升高而下降,促使2端电位上升,使Vi不变达到补偿目的。 图1 热电偶冷端温度补偿器原理 四、实验步骤： 1、温度传感器实验模板放大器调零：按图2示意接线。将主机箱上的电压表量程切换开关打到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节温度传感器实验模板中的Rw2(增益电位器）顺时针转到底，再调节Rw3(调零电位器）使主机箱的电压表显示为0V（零位调好后Rw3电位器旋钮位置不要改动）。关闭主机箱电源。 图2 温度传感器实验模板放大器调零接线示意图

2、调节温度传感器实验模板放大器的增益A为100倍：利用压力传感器实验模板的零位偏移电压作为温度实验模板放大器的输入信号来确定温度实验模板放大器的增益A。按图2示意接线，检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节压力传感器实验模板上的Rw2(调零电位器)，使压力传感器实验模板中的放大器输出电压为0.01V（用主机箱电压表测量）；再将0.01V电压输入到温度传感器实验模板的放大器中，再调节温度传感器实验模板中的增益电位器Rw2（小心：不要误碰调零电位器Rw3），使温度传感器实验模板放大器的输出电压为1.000V（增益调好后Rw2电位器旋钮不要改动）。关闭电源。 图3 调节温度实验模板放大器增益A接线示意图 3、将主机箱上的转速调节旋钮（0~24V）顺时针旋转到底（24V）；将调节控制对象开关拨到Rt.Vi位置。将冷端补偿器的专用电源插头插到主机箱侧面的交流220V插座上。按图33-4示意接线，检查接线无误后合上主机箱电源开关，再合上调节器电源开关和温度源电源开关，将温度源控制在60oC，待电压表显示上升到平衡点时记录数据。再按表1中温度值设置温度源的温度并将放大器的相应输出值填入表中： 温度设定方法，按住▲键约三秒，仪表进入“SP”给定值（实验值）设置，此时可按上述方法按↓、↑、←三键设定实验值，使SV窗显示值与AL-1（上限报警）值一致（如100 oC）。 图4 K热电偶冷端温度补偿实验接线示意图

热电偶测温原理及冷端温度补偿方法

热电偶测温原理及冷端 温度补偿方法 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT

热电偶测温原理及冷端温度补偿方法 院系：化工学院化机系 班级： 姓名： 学号： 热电偶测温原理及冷端温度补偿方法热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表，温精确度高，显示仪表配合，广泛用来测量气体、蒸汽、液体等介质－200℃～16000℃范围内的温度，殊情况下可测－2700℃～28000℃，态响应快，惯性小，械强度高，压性能好，高温可达28000℃，震性能好，且便于信号的远距离传送和实现多点切换测量，自动记录和集中控制，能稳定、测量精度高、准确可靠、使用寿命长、结构简单、制造容易、装配简单、更换方便和使用维护方便，测量范围广，可作为标准计量，量值传递之用，以在科学研究和工业生产中应用广泛，为测温仪表，建筑环境与设备工程中应用也非常广泛。 热电偶测温的测温系统的热电偶温度计由热电偶、电测仪表和连接导线组成。测温原理基于物理学中“热电效应”现象，是把任意两种不同的导体（或半导体）连接成闭合回路，果两个接点的温度不同，回路中就会产生热电势，热电流，就是“热电效应”。热电偶温度计就是利用该原理，两种不同的金属材料一端焊接而成

的，接的一端叫测量端（也叫热端或工作端），未焊接的一端叫参考端（也叫冷端或自由端），如果参考端的温度恒定不变，热电势的大小和方向就只与这两种材料的特性和测量端的温度有关，热电势和温度之间有一个固定的函数关系，用这个关系，要测量出热电势的大小，配以测量毫伏级电势信号的仪表或变送器就实现了温度的测量或温度信号的变换。 在进行温度测量时，热电偶热端插入被测温的设备或管道中，其热端感受被测介质的温度，冷端置于恒定的温度之下，用连接导线连接电气测量仪表。根据热电偶基本定律之一的中间导体定律，热电偶回路中接入第三种金属材料时，要该材料两个接点的温度相同，电偶所产生的热电势将保持不变，不受第三种金属接入回路中的影响。因此，热电偶测温时，接入测量仪表，得热电动势后，可知道被测介质的温度。 热电偶测温系统的冷端温度补偿方法：由热电偶测温原理可知，电势的大小与热电偶两端的温度有关。只有当热电偶冷端温度保持不变时，电势才是被测温度的单值函数。因此，准确地测量温度，须使其参考端温度恒定，电偶冷端最好应保持0℃，般固定在0℃，在现场条件下使用的仪表则难以实现，此必须对其参考端进行温度补偿修正，确保温度测量的准确性。 工业上常用的各种热电偶的温度———热电势关系曲线（或数据）是在冷端温度为0℃时得到的，它配套的仪表也是依据这一关系进行刻度的。但在实际应用中，冷端温度往往高于0℃，不稳

239热电偶的冷端温度补偿有几种方法

2.39热电偶的冷端温度补偿有几种方法？ 消除或补偿热电偶的冷端温度损失常用的有以下几种方法： 1.冷端恒温法 1）将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在0?C不变。此法也称冰浴法，它消除了t0不等于0?C而引入的误差，由于冰熔化较快，所以一般只适用于实验室中。 2）将热电偶的冷端置于电热恒温器中，恒温器的温度略高于环境温度的上限（例如40?C）。 3）将热电偶的冷端置于恒温空调房间中，使冷端温度恒定。 应该指出，除了冰浴法是使冷端温度保持0?C外，后两种方法只是使冷端维持在某一恒定（或变化较小）的温度上，因此后两种方法必须采用下述的方法予以修正。下图是冷端置于冰瓶中的接法布置图。 热电偶冷端导线温度保持0 ℃的方法 2.计算修正法 当热电偶的冷端温度t0 ≠0?C时，测得的热电势E AB（t， t0）与冷端为0?C时所测得的热电势E AB（t，0?C）不等。若冷端温度高于0?C，则E AB（t，t0）

热电势），根据此值再在分度表中，查出相应的温度值。计算修正法需要分两次查分度表。如果冷端温度低于0?C，由于查出的E AB（t0，0?C）是负值，所以仍可用上式计算修正。计算修正法适合于带计算机的测温系统。 3.仪表机械零点调整法 当热电偶与动圈式仪表配套使用时，若热电偶的冷端温度比较恒定，对测量精度要求又不太高时，可将动圈仪表的机械零点调整至热电偶冷端所处的t0处，这相当于在输入热电偶的热电势前就给仪表输入一个热电势E（t0，0?C）。这样，仪表在使用时所指示的值约为E（t0，0?C）+E（t，t0）。 进行仪表机械零点调整时，首先必须将仪表的电源及输入信号切断，然后用螺钉旋具调节仪表面板上的螺钉使指针指到t0的刻度上。当气温变化时，应及时修正指针的位置。 此法虽有一定的误差，但非常简便，在工业上经常采用。 4.电桥补偿法 电桥补偿法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。热电偶经补偿导线接至补偿电桥，热电偶的冷端与电桥处于同一环境温度中，桥臂电阻R2、R3、R4由电阻温度系数很小的锰铜丝绕制而成，R Cu是由温度系数较大的铜丝绕制的。现在可以买到与热电偶同型号的冷端补偿器。 带有冷端补偿电路的端子板

热电偶冷端温度自动补偿系统设计

热电偶冷端温度自动补偿系统设计 摘要:热电偶是应用最广泛的一种温度传感器。本文介绍一种利用数字器件MAX6675作为K型热电偶冷端温度自动补偿电路的器件，通过滤波，信号放大，电压跟随对热电偶的输出信号进行前置处理，利用单片机对补偿后进行了A/D转换的数字信号进行处理.将数字信号转换成测量端的真实值，通过LED动态显示。同时通过键盘输入设定最高报警温度、当实际温度超过报警温度时进行报警以提高安全性。利用MAX6675作为K型热电偶的冷端补偿器，其测量速度快，电路简单，成本低廉，不需要调整，能获得最佳补偿效果，并使温度测量仪表、温度测量、控制系统变得十分简单，可在电子测量、工业仪表、自动化控制等领域推广。本文对该系统的设计，包括热电偶传感器、冷端补偿系统、单片机接口及其应用程序以及信号的滤波处理等进行了详细的分析和说 明。 关键词：热电偶；MAX6675；单片机；冷端补偿 A design of thermocouple cold end temperature automatic compensation system Abstract ：Thermocouple is a kind of the most widely used temperature sensor. This article referred to the use of digital devices MAX6675 as a K-type thermocouple cold junction temperature compensation circuit device, through the filter, signal amplification, voltage follow to deal with output signal of the thermocouple. At the same time, it uses SCM to process the digital signal, which has been converted by A/D convert device. The digital signal could be converted to true value of the measuring junction and could be dynamic displayed by LED. Also, it can be input specified maximum alarm temperature through the keyboard. What is more, when the actual temperature breaks up the alarm temperature, it will alarm, and by this method, it enhances security. With MAX6675 as a K-type thermocouple cold junction compensation device, the measurement speed could be fast, circuit could be simple and has low cost, no adjustment could be needed, it can get the best compensation effect and enable temperature measurement instrumentation, temperature measurement, control systems become very simple. Further more, in electronic measurement, industrial instrumentation, automation control, and other fields, it can be promoted. In this paper, the design of the system, including thermocouple sensors, cold junction compensation system, SCM interface, application program Signal filter and other processing, is be detailed analysis and explanation. Keywords:Thermocouple；MAX6675；SCM ；Cold junction compensation ........................

热电偶冷端补偿

摘要：温度测量应用中，热电偶因其坚固性、可靠性以及较快的响应速度得到了普遍应用。本应用笔记讨论了热电偶的基本工作原理，包括参考端(冷端)的定义和功能。本文还给出了按照具体应用选择冷端温度测量器件的注意事项，并给出了三个设计范例。 概述温度测量应用中有多种类型的变送器，热电偶是最常用的一种，可广泛用于汽车、家庭等领域。与RTD、电热调节器、温度检测集成电路(IC)相比，热电偶能够检测更宽的温度范围，具有较高的性价比。另外，热电偶的牢固、可靠性和快速响应时间使其成为各种工作环境下的首要选择。 当然，热电偶在温度测量中也存在一些缺陷，例如，线性特性较差。虽然它们与RTD、温度传感器IC相比可以测量更宽的温度范围，但线性度却大打折扣。除此之外，RTD和温度传感器IC可以提供更高的灵敏度和精度，可理想用于精确测量系统。热电偶信号电平很低，常常需要放大或高分辨率数据转换器进行处理。 如果排除上述问题，热电偶的低价位、易使用、宽温度范围使其得到广泛使用。 热电偶基础热电偶是差分温度测量器件，由两段不同的金属/合金线构成，一段用作正端，另一段用作负端。表1列出了四种最常用的热电偶类型、所用金属以及对应的温度测量范围。每种热电偶在其规定的温度范围内具有独特的热电特性。 表1. 常用的热电偶类型 类型正端金属/合金负端金属/合金温度范围(°C) T 铜镍铜合金-200至+350 J 铁镍铜合金0至+750 K 镍铬合金镍基热电偶合金 -200至+1250 E 镍铬合金镍铜合金-200至+900 两种不同类型的金属接(焊接)在一起后形成两个结点，如图1a所示，环路电压是两个结点温差的函数。这种现象称为Seebeck 效应，用于解释热能转换为电能的过程。Seebeck效应相对于Peltier效应，Peltier效应用于解释电能转换成热能的过程，典型应用有电热致冷器。图1a所示，测量电压V OUT是检测端(热端)结电压与参考端(冷端)结电压之差。因为V H和V C是由两个结的温度差产生的，V OUT也是温差的函数。定标因数，α，对应于电压差与温差之比，称为Seebeck系数。 图1a. 环路电压由热电偶两个结点之间的温差产生，是Seebeck效应的结果。

实验十五 K型热电偶冷端温度补偿实验

实验十五K型热电偶冷端温度补偿实验 一、实验目的： 了解热电偶冷端温度补偿的原理和方法 二、实验仪器： 智能调节仪、PT100、K型热电偶、温度源、温度传感器实验模块 三、实验原理： 热电偶冷端温度补偿的方法有：冰水法、恒温槽法和电桥自动补偿法（图 15－1），电桥自动补偿法常用，它是在热电偶和测温仪表之间接入一个直流电 桥，称冷端温度补偿器，补偿器电桥在0℃时达到平衡（亦有20℃平衡）。当 热电偶自由端温度升高时(＞0℃)热电偶回路电势U ab下降，由于补偿器中，PN 呈负温度系数，其正向压降随温度升高而下降，促使U ab上升，其值正好补偿热电偶因自由端温度升高而降低的电势，达到补偿目的。 四、实验内容与步骤： 1．重复Pt100温度控制实验，将温度控制在500C，在另一个温度传感器插孔中插入K型热电偶温度传感器。 2．将±15V直流稳压电源接入温度传感器实验模块中。温度传感器实验模块的输出Uo2接主控台直流电压表和数据采集卡68（正）和67（负）端子。 3．将温度传感器模块上差动放大器的输入端Ui短接，调节Rw3到最大位置，再调节电位器Rw4使直流电压表显示为零。 4．拿掉短路导线，按图15-2接线，并将K型热电偶的两个引线分别接入模块两端（红接a，蓝接b）；调节Rw1使温度传感器输出UO2电压值为AE2。（A为差动放大器的放大倍数、E2为K型热电偶50℃时对应输出电势）.

5.打开温度传感器特性测试软件。 6．变温度源的温度每隔5℃点击一次采集按钮。直到温度升至120℃（如图15-3所示）。

五、实验报告： 1．根据软件中记录数据，作出（U O 2/A ）-T 曲线。并与分度表进行比较，分析电桥自动补偿法的补偿效果。 2.冷端补偿一般有哪些方法 K 型热电偶分度表（分度号：K ，单位：mV ）

热电偶的冷端补偿

电偶冷端补偿 2008-06-30 11:28 温度测量应用中有多种类型的变送器，热电偶是最常用的一种，可广泛用于汽车、家庭等领域。与RTD、电热调节器、温度检测集成电路(IC)相比，热电偶能够检测更宽的温度范围，具有较高的性价比。另外，热电偶的牢固、可靠性和快速响应时间使其成为各种工作环境下的首要选择。 当然，热电偶在温度测量中也存在一些缺陷，例如，线性特性较差。虽然它们与RTD、温度传感器IC相比可以测量更宽的温度范围，但线性度却大打折扣。除此之外，RTD和温度传感器IC可以提供更高的灵敏度和精度，可理想用于精确测量系统。热电偶信号电平很低，常常需要放大或高分辨率数据转换器进行处理。 如果排除上述问题，热电偶的低价位、易使用、宽温度范围使其得到广泛使用。热电偶基础 热电偶是差分温度测量器件，由两段不同的金属/合金线构成，一段用作正端，另一段用作负端。表1列出了四种最常用的热电偶类型、所用金属以及对应的温度测量范围。每种热电偶在其规定的温度范围内具有独特的热电特性。 表1. 常用的热电偶类型 类型正端金属/合金负端金属/合金温度范围(°C) T 铜镍铜合金-200至+350 J 铁镍铜合金0至+750 K 镍铬合金镍基热电偶合金-200至+1250 E 镍铬合金镍铜合金-200至+900 两种不同类型的金属接(焊接)在一起后形成两个结点，如图1a所示，环路电压是两个结点温差的函数。这种现象称为Seebeck效应，用于解释热能转换为电能的过程。Seebeck效应相对于Peltier效应，Peltier效应用于解释电能转换成热能的过程，典型应用有电热致冷器。图1a所示，测量电压V OUT是检测端(热端)结电压与参考端(冷端)结电压之差。因为V H和V C是由两个结的温度差产生的，V OUT也是温差的函数。定标因数，α，对应于电压差与温差之比，称为Seebeck系数。

热电偶冷端温度补偿法

热电偶冷端温度补偿法 一、引言 在温度控制系统中，热电偶是一种重要的传感器，常用于高温环境的温度测量。但由于热电偶产生的热电势取决于其两端的温度，只有在冷端温度保持恒定时，其输出的热电势才是测量端（热端）温度的单值函数。而且，工程技术上广泛使用的热电偶分度表和根据分度表刻划的测温显示仪的刻度都是根据冷端温度为0°C而制作的。因此，对它的冷端温度必须进行补偿，才能保证热电偶测量精度。 热电偶冷端温度的补偿方法很多。在工业仪表和生产现场中，常规补偿方法有冷端温度补偿法和补偿电桥法。较先进的补偿方法，如智能补偿法，则具有精度高，存储容量小，查表速度快等特点，是最具有发展潜力的方法之一。 二、冷端温度补偿法 如图1所示，两导体A、B间的电偶电势为： (1) 式中，T—接触处的绝对温度； K—波尔兹曼常数； e—电子电荷量； nA、nB—导体A和B的自由电子密度。 (2) 式中，T0—0°C时的绝对温度； Tn—室温。 由式(1)、(2)可以发现，只要找到一个合适的温度补偿值，它是室温Tn的函数，将其加到测量值EAB(T,Tn) 上，可算出EAB(T,T0),再根据手册提供的温度—热电势对照表（分度表）就可以得出相应的检测点的温度。 三、电桥补偿法 电桥补偿法工作原理如图2所示。电桥的输出端与热电偶串联，并将热电偶的冷端与电桥置于同一温度场中。设计电桥时一般选择20°C为电桥平衡温度，此时a、c两点电位相等，电桥输出电压为零。当温度不等于20°C时，热电偶由于冷端温度变化使热电偶的输出电势产生变化量△E，此时由于RH（RH的电阻温度系数较大，其余桥臂电阻均由电阻温度系数很小的锰铜丝绕成，可认为其阻值不随温度变化）的阻值变化，使a、c两点间电位不等，电势差不为零，自动给出一个补偿电势△E`。由于△E和△E`大小相等，方向相反，这样便达到自动补偿的目的。 但此法中，不同型号的补偿器只能与相应的热电偶配套使用，而且只能在规定的范围内使用，通常为0~40°C。 四、智能补偿法 在智能化温度测控系统中，通常用软件方法对冷端温度进行补偿，如图3所示。智能温度控制系统中，单片机或单板机是系统的核心，只要在该系统的控制软件中加上冷端温度补偿算法，便可以将温度的检测精度大大提高，而且对不同的热电偶只要改变数据转换表即可，系统的适应性大为增强。 在该系统中，多路器由微机控制，可以分别接两路通道，即分别测量热电偶和集成温度传感器的输出信号。信号调理模块应选用具有动态自动校零集成运算放大器（如ICL7650），放大倍数的选择应针对不同的热电偶取不同的值。所要注意的是为了消除输入管脚和相邻管脚之间不同电位所造成的漏电流，应采用保护环进行电位跟踪。如选用8脚的TO-8型圆形

热电偶及补偿方法

Thermocouple A thermocouple is a temperature-measuring device consisting of two dissimilar conductors that contact each other at one or more spots, where a temperature differential is experienced by the different conductors (or semiconductors). It produces a voltage when the temperature of one of the spots differs from the reference temperature at other parts of the circuit. Thermocouples are a widely used type of temperature sensor for measurement and control,[1] and can also convert a temperature gradient into electricity.In contrast to most other methods of temperature measurement, thermocouples are self powered and require no external form of excitation. The main limitation with thermocouples is accuracy; system errors of less than one degree Celsius(°C) can be difficult to achieve. Any junction of dissimilar metals will produce an electric potential related to temperature. Thermocouples for practical measurement of temperature are junctions of specific alloys which have a predictable and repeatable relationship between temperature and voltage. Different alloys are used for different temperature ranges.Thermocouples are usually standardized against a reference