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安徽國天儀表有限公司
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熱電偶的補償溫度
基本常識：熱電偶的參考端（冷端）溫度，不一定是0℃。
熱電偶溫度變送器或卡件，都有溫度補償電路。其作用是根據(jù)熱電偶中間溫度定律－“熱電偶回路兩接點（溫度為T、T0）間的熱電勢，等于熱電偶在溫度為T、Tn時的熱電勢與在溫度為Tn、T0時的熱電勢的代數(shù)和。Tn稱中間溫度”。在熱電偶冷端溫度產(chǎn)生一個溫度為Tn、T0時的熱電勢。來對熱電偶冷端溫度的不確定進行補償。它實質(zhì)上，就是能產(chǎn)生一個隨參考端環(huán)境溫度變化而變化的直流毫伏信號。把它串接在熱電偶測量回路中測溫時，就可以使參考端溫度得到自動補償。
采用熱電偶冷端補償電路的根本原因，在于冷端溫度的不確定。雖然熱電偶的分度標(biāo)準(zhǔn)是以零度為基準(zhǔn)的；雖然通常以冷端為零度作為基準(zhǔn)來解釋溫度補償原理。但在實際上，如果冷端溫度可以固定下來，則只需計算出T(T,To)和T(T,Tn)之間的差值，在指示過程中人為制造一個相反的誤差，來抵消冷端溫度不為零會帶來誤差。就可以得到正確的測量值。
所以冷端補償電路在溫度補償中，不一定非要以零度作為基準(zhǔn)。同時，熱電偶的冷端補償電路往往有一個適應(yīng)范圍，超出這個范圍就無法滿足補償?shù)囊?。從適應(yīng)環(huán)境，降低成本，簡化線路，減小體積 等多方面因素出發(fā)，選擇一個適合的，不為零的溫度點作為冷端補償電路的補償基準(zhǔn)，就成為一種常見的做法。這個冷端補償電路的補償基準(zhǔn)，稱為補償電路的補償溫度。每臺有冷端補償功能的儀表或卡件，都有這個指標(biāo)。（如果沒有標(biāo)出則默認(rèn)為0℃，常見于帶冷端補償?shù)臏囟戎甘緝x和溫度變送器）
補償溫度的意義在于：熱電偶的溫差電勢E(T,Tn)與補償電路的補償電勢E(TN,Tn）之和，等于熱電偶工作端與補償溫度之間的電勢Ｅ(T,TN)。
當(dāng)補償電路的補償溫度點TN≠0℃時，會產(chǎn)生一個補償溫度點TN＝冷端基準(zhǔn)溫度T0=0℃時極少遇到的問題。即環(huán)境Tn（熱電偶冷端）溫度低于補償溫度點TN。
對于測量需要的熱電勢，有：
E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(TN,Tn)＋E(TN,T0)
式中：E(T,T0) 以0℃為基準(zhǔn)的測量熱電勢
E(T,Tn) 熱電偶工作端與室溫（冷端）之間的溫差電勢
E(TN,Tn) 補償電路針對補償溫度和室溫（冷端）之間的溫差產(chǎn)生的補償電勢
E(TN,T0) 補償溫度和基準(zhǔn)溫度（0℃）之間的溫差電勢（實際應(yīng)用中有時不必以電勢的形式出現(xiàn)。例如，可以將后續(xù)電路或指示儀表的零點設(shè)置為TN。）
當(dāng) TN=T0 時，E(TN,T0)＝0；E(TN,Tn)＝E(Tn,T0)
這時 E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(TN,Tn)＋E(TN,T0)
＝E(T,Tn)＋E(Tn,T0)
當(dāng) TN≠T0，TN≤Tn 時，E(Tn,TN)＋E(TN,T0)＝E(Tn,T0)；
這時 E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(TN,Tn)＋E(TN,T0)
?。紼(T,Tn)＋E(Tn,T0)
當(dāng) TN≠T0，TN＞Tn 時，E(TN,Tn) 是一個負(fù)值
這時 E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(TN,Tn)＋E(TN,T0)
?。紼(T,Tn)＋［－E(TN,Tn)］＋E(TN,T0)
＝E(T,Tn)－E(TN,Tn)＋E(TN,T0)
∵ E(TN,T0)－E(TN,Tn)＝Ｅ(Tn,T0)
∴ E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(Tn,T0)
可見，無論補償溫度是否設(shè)置為０，對于整個熱電偶測量系統(tǒng)來說，結(jié)果是一樣的。
但是，補償溫度是否設(shè)置為０℃，對于熱電偶測量系統(tǒng)不同部分的應(yīng)用，會有所區(qū)別。下面是一些個人體會。大家可以討論補充。
★ 冷端補償可以分為動態(tài)補償 E(TN,Tn) 和 定值補償 E(TN,T0) 兩個部分。（這個名稱是我起的，僅為描述方便）顯然，如果動態(tài)補償和定值補償在同一設(shè)備中，或者雖然不在同一設(shè)備中但可以將兩項功能看做一體時，其外在表現(xiàn)就是補償溫度為０℃。除了分析電路外，在實際應(yīng)用中，無論其工作過程是怎樣的，都應(yīng)看做補償溫度為０℃。
★ 動態(tài)補償和定值補償可以在不同設(shè)備或單元中實現(xiàn)。
★ 對于補償單元來說，會將熱電偶的電勢信號從E(T,Tn）裁接成E(T,TN）。當(dāng)補償單元的輸入為0時，輸出為TN。這和補償溫度沒有關(guān)系。但對于習(xí)慣了補償溫度為0℃的人來說，容易造成困惑。
★ 對于補償單元之后的部分（如顯示儀）來說，需要產(chǎn)生一個相當(dāng)于E(TN,T0)的信號。換句話說，就是當(dāng)顯示儀輸入為0時（不帶補償器），顯示儀應(yīng)當(dāng)指示TN。對于習(xí)慣了TN=T0=0℃的人來說，容易產(chǎn)生疏忽。
★ 將補償?shù)臏囟确秶闹悬c設(shè)置在冷端所處環(huán)境溫度變化中點，是一種提高器件性價比的方式。所以采用補償溫度不為0℃的補償單元，在設(shè)計時都會有自身的考慮。
例如把補償溫度設(shè)為常見的室內(nèi)平均環(huán)境溫度20℃；再如在密集安裝的熱電偶輸入卡件會采用30℃的補償溫度；一些現(xiàn)場安裝的補償單元甚至?xí)?0℃。
需要注意的是，在一些補償溫度明顯高于通常會產(chǎn)生的環(huán)境溫度的情況下，如密集安裝的熱電偶輸入卡件將補償溫度定為30℃。有很大可能熱電偶冷端所處的實際位置（卡件內(nèi)部）的溫度會高于環(huán)境溫度。如果拿控制室墻上的溫度計當(dāng)作冷端溫度往往會產(chǎn)生偏差。（個人經(jīng)驗：這時候直接拿補償溫度作為冷端溫度，偏差不會太大。）
熱電偶溫度變送器或卡件，都有溫度補償電路。其作用是根據(jù)熱電偶中間溫度定律－“熱電偶回路兩接點（溫度為T、T0）間的熱電勢，等于熱電偶在溫度為T、Tn時的熱電勢與在溫度為Tn、T0時的熱電勢的代數(shù)和。Tn稱中間溫度”。在熱電偶冷端溫度產(chǎn)生一個溫度為Tn、T0時的熱電勢。來對熱電偶冷端溫度的不確定進行補償。它實質(zhì)上，就是能產(chǎn)生一個隨參考端環(huán)境溫度變化而變化的直流毫伏信號。把它串接在熱電偶測量回路中測溫時，就可以使參考端溫度得到自動補償。
采用熱電偶冷端補償電路的根本原因，在于冷端溫度的不確定。雖然熱電偶的分度標(biāo)準(zhǔn)是以零度為基準(zhǔn)的；雖然通常以冷端為零度作為基準(zhǔn)來解釋溫度補償原理。但在實際上，如果冷端溫度可以固定下來，則只需計算出T(T,To)和T(T,Tn)之間的差值，在指示過程中人為制造一個相反的誤差，來抵消冷端溫度不為零會帶來誤差。就可以得到正確的測量值。
所以冷端補償電路在溫度補償中，不一定非要以零度作為基準(zhǔn)。同時，熱電偶的冷端補償電路往往有一個適應(yīng)范圍，超出這個范圍就無法滿足補償?shù)囊?。從適應(yīng)環(huán)境，降低成本，簡化線路，減小體積 等多方面因素出發(fā)，選擇一個適合的，不為零的溫度點作為冷端補償電路的補償基準(zhǔn)，就成為一種常見的做法。這個冷端補償電路的補償基準(zhǔn)，稱為補償電路的補償溫度。每臺有冷端補償功能的儀表或卡件，都有這個指標(biāo)。（如果沒有標(biāo)出則默認(rèn)為0℃，常見于帶冷端補償?shù)臏囟戎甘緝x和溫度變送器）
補償溫度的意義在于：熱電偶的溫差電勢E(T,Tn)與補償電路的補償電勢E(TN,Tn）之和，等于熱電偶工作端與補償溫度之間的電勢Ｅ(T,TN)。
當(dāng)補償電路的補償溫度點TN≠0℃時，會產(chǎn)生一個補償溫度點TN＝冷端基準(zhǔn)溫度T0=0℃時極少遇到的問題。即環(huán)境Tn（熱電偶冷端）溫度低于補償溫度點TN。
對于測量需要的熱電勢，有：
E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(TN,Tn)＋E(TN,T0)
式中：E(T,T0) 以0℃為基準(zhǔn)的測量熱電勢
E(T,Tn) 熱電偶工作端與室溫（冷端）之間的溫差電勢
E(TN,Tn) 補償電路針對補償溫度和室溫（冷端）之間的溫差產(chǎn)生的補償電勢
E(TN,T0) 補償溫度和基準(zhǔn)溫度（0℃）之間的溫差電勢（實際應(yīng)用中有時不必以電勢的形式出現(xiàn)。例如，可以將后續(xù)電路或指示儀表的零點設(shè)置為TN。）
當(dāng) TN=T0 時，E(TN,T0)＝0；E(TN,Tn)＝E(Tn,T0)
這時 E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(TN,Tn)＋E(TN,T0)
＝E(T,Tn)＋E(Tn,T0)
當(dāng) TN≠T0，TN≤Tn 時，E(Tn,TN)＋E(TN,T0)＝E(Tn,T0)；
這時 E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(TN,Tn)＋E(TN,T0)
?。紼(T,Tn)＋E(Tn,T0)
當(dāng) TN≠T0，TN＞Tn 時，E(TN,Tn) 是一個負(fù)值
這時 E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(TN,Tn)＋E(TN,T0)
?。紼(T,Tn)＋［－E(TN,Tn)］＋E(TN,T0)
＝E(T,Tn)－E(TN,Tn)＋E(TN,T0)
∵ E(TN,T0)－E(TN,Tn)＝Ｅ(Tn,T0)
∴ E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(Tn,T0)
可見，無論補償溫度是否設(shè)置為０，對于整個熱電偶測量系統(tǒng)來說，結(jié)果是一樣的。
但是，補償溫度是否設(shè)置為０℃，對于熱電偶測量系統(tǒng)不同部分的應(yīng)用，會有所區(qū)別。下面是一些個人體會。大家可以討論補充。
★ 冷端補償可以分為動態(tài)補償 E(TN,Tn) 和 定值補償 E(TN,T0) 兩個部分。（這個名稱是我起的，僅為描述方便）顯然，如果動態(tài)補償和定值補償在同一設(shè)備中，或者雖然不在同一設(shè)備中但可以將兩項功能看做一體時，其外在表現(xiàn)就是補償溫度為０℃。除了分析電路外，在實際應(yīng)用中，無論其工作過程是怎樣的，都應(yīng)看做補償溫度為０℃。
★ 動態(tài)補償和定值補償可以在不同設(shè)備或單元中實現(xiàn)。
★ 對于補償單元來說，會將熱電偶的電勢信號從E(T,Tn）裁接成E(T,TN）。當(dāng)補償單元的輸入為0時，輸出為TN。這和補償溫度沒有關(guān)系。但對于習(xí)慣了補償溫度為0℃的人來說，容易造成困惑。
★ 對于補償單元之后的部分（如顯示儀）來說，需要產(chǎn)生一個相當(dāng)于E(TN,T0)的信號。換句話說，就是當(dāng)顯示儀輸入為0時（不帶補償器），顯示儀應(yīng)當(dāng)指示TN。對于習(xí)慣了TN=T0=0℃的人來說，容易產(chǎn)生疏忽。
★ 將補償?shù)臏囟确秶闹悬c設(shè)置在冷端所處環(huán)境溫度變化中點，是一種提高器件性價比的方式。所以采用補償溫度不為0℃的補償單元，在設(shè)計時都會有自身的考慮。
例如把補償溫度設(shè)為常見的室內(nèi)平均環(huán)境溫度20℃；再如在密集安裝的熱電偶輸入卡件會采用30℃的補償溫度；一些現(xiàn)場安裝的補償單元甚至?xí)?0℃。
需要注意的是，在一些補償溫度明顯高于通常會產(chǎn)生的環(huán)境溫度的情況下，如密集安裝的熱電偶輸入卡件將補償溫度定為30℃。有很大可能熱電偶冷端所處的實際位置（卡件內(nèi)部）的溫度會高于環(huán)境溫度。如果拿控制室墻上的溫度計當(dāng)作冷端溫度往往會產(chǎn)生偏差。（個人經(jīng)驗：這時候直接拿補償溫度作為冷端溫度，偏差不會太大。）
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