熱電偶的溫度補償

由熱電偶的測溫原理可知，熱電勢是熱端溫度與冷端溫度的函數，在冷端溫度恒定的條件下，熱電勢是熱端溫度的函數。而在實際應用時，熱電偶的冷端放置在距熱端很近的大氣中，受高溫設備和環境溫度波動的影響較大，因此冷端溫度不恒定。要想消除冷端溫度波動對測溫的影響，必須進行冷端溫度補償。常用的冷端溫度補償方法有：計算修正法、冷端恒溫法、顯示儀表機械零點調整法、補償電橋（冷端溫度補償器）法、補償導線法、輔助熱電偶法、PN結補償法等。

1.計算修正法

熱電偶的分度關系是在冷端溫度為0℃的情況下得到的，若熱電偶的冷端溫度為t₀，不是0℃，則不能用測量熱電偶的熱電勢去查分度表，必須進行熱電勢修正，而后，查分度表得出被測的熱端溫度，修正電勢為。

即：  總電勢=測量熱電偶輸出電勢+修正電勢

適用場合：實驗室測溫，現場使用的直讀儀表測溫。前提條件是冷端溫度可測且基本恒定。缺點：不便于連續測溫。

2.冷端恒溫法

將熱電偶的冷端溫度恒定，從而便于補償和修正。一般選擇冰點槽（0℃）或工業恒溫箱（50℃）進行恒溫。

• 冰點槽法

將熱電偶的冷端放于冰水混合物中，熱電偶輸出電勢即以0℃為冷端溫度的總電勢，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恒溫箱中。自動恒溫箱常以蒸汽或電能作為熱源。這里以工業恒溫箱為例作簡單說明。工業恒溫箱原理如圖所示。

需要注意：該法熱電偶送出的電勢e（t,50），不能用于最終溫度顯示，通常應調整儀表的機械零位進行修正。

3.顯示儀表機械零點調整法

當送入顯示儀表的電勢為e（t,t₀），而t₀已知且恒定時，在斷開熱電偶的情況下將儀表的機械零點調整至t₀溫度對應的刻度。這樣相當于在顯示儀表內部提前施加了電勢e（t₀,0），接入熱電偶后，則用于溫度顯示的總電勢為e（t,0），由于所有顯示儀表的刻度均按照分度表進行刻度，所以儀表正確顯示被測的熱端溫度數值。

4.補償電橋（冷端溫度補償器）法

如果能得到一個隨溫度而變化的附加電勢，并將該電勢串聯在熱電偶回路中，使其抵償熱電偶熱電勢因冷端溫度變化而產生的變化，則可保證顯示儀表中的電勢不受冷端溫度變化的影響，達到自動補償的目的。常用的冷端溫度補償器基于圖所示的不平衡電橋原理工作。由圖可見，熱電偶（及補償導線）輸出的熱電勢與不平衡電橋的不平衡電壓相加后送至溫度顯示儀表。

冷端溫度補償器的結構及工作原理簡述如下：圖中R1，R2，R3是3個錳銅絲繞制的1Ω定值電阻；Rs是限流電阻；Rcu在20℃時，阻值1Ω；電橋的供電電壓為4V。當熱電偶（補償導線）的冷端溫度為20℃時，補償電橋處于初始平衡狀態，不平衡電壓Uab=0，熱電偶送出電勢e（t,20）給顯示儀表。當熱電偶的冷端溫度升高而高于20℃時，熱電勢將因冷端溫度升高而降低，此時Rcu的阻值增加，不平衡電橋的輸出電壓增加，即Uab>0；當熱電偶的冷端溫度降低而低于20℃時，熱電勢將因冷端溫度降低而升高，此時Rcu的阻值減小，不平衡電橋的輸出電壓減小，即Uab<0，可見，補償電橋的不平衡電壓的變化方向恰與熱電勢的變化方向相反，可起到補償作用。若不平衡電壓的增加量恰好等于熱電勢的減少量，則實現了完全補償，送顯示儀表的電勢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——輸出特性不完全一致，故冷端溫度補償器并不能在補償范圍內各點處實現完全補償。一般而言，完全補償點為：初始平衡溫度和補償范圍上限溫度兩點。

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

需要注意的是，若補償電橋的初始平衡溫度不是0℃，則送給顯示儀表的電勢還需要修正，通常采取顯示儀表機械零點調整的方法。

5.補償導線法

由中間溫度定律可知，當接點溫度低于100℃時，可用熱—電特性相同的一對導線代替測量用熱電偶，也就是使用補償導線。補償導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劇烈的地點遷移至相對穩定的地點，便于與其他溫度補償方法配合實現溫度的正確指示。例如：測量爐膛溫度的熱電偶的冷端通常在爐膛外部不遠的就地，該處溫度受高溫設備及環境溫度變化的影響，波動較劇烈，同時該處的溫度一般高于冷端溫度補償器的補償溫度，因此不能采用前述溫度補償方法。使用補償導線將熱電偶的冷端遷移至集控室后的電子間，當該處溫度穩定時，可采用顯示儀表機械調零等預置電勢法；當該處溫度不很穩定時，由于溫度處于冷端溫度補償器的補償范圍，所以可使用冷端溫度補償器進行補償。

常用補償導線