热电效应及热电偶的基本原理分析

热电效应及热电偶的基本原理分析 热电偶的四大基本定律 常用的热电极材料及其性能特点 热电偶的冷端补偿 热电偶的 基本测量电路 了解热电偶的工作原理 了解常用热电极材料的类型 性能 特点及其适用场合 掌握热电偶的选用和维护方法 在工业生产过程中 温度是需要测量和控制的重要参数之一 在温度测量中 热电偶的应用极为广泛 它具有结构简单 制造方便 测量范围广 精度高 惯 性小和输出信号便于远传等许多优点 另外 由于热电偶是一种有源传感器 测 量时不需外加电源 使用十分方便 所以常被用作测量炉子 管道内的气体或液 体的温度及固体的表面温度 5 1 热电偶的工作原理与基本结构热电偶的工作原理与基本结构 在工业生产过程中 温度是需要测量和控制的重要参数之一 在温度测量中 热 电偶的应用极为广泛 它具有结构简单 制造方便 测量范围广 精度高 惯性小和 输出信号便于远传等许多优点 另外 由于热电偶是一种有源传感器 测量时不需外 加电源 使用十分方便 所以常被用作测量炉子 管道内的气体或液体的温度及固体 的表面温度 一 热电偶的工作原理 1 工作原理 当有两种不同的导体或半导体 A 和 B 组成一个回路 其两端相互连接时 如图 5 1 1 只要两结点处的温度不同 一端温度为 T 称为工作端或热端 另一端温度 为 T0 称为自由端 也称参考端 或冷端 回路中将产生一个电动势 该电动势的 方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关 这种现象称为 热电效应 两种导 体组成的回路称为 热电偶 这两种导体称为 热电极 产生的电动势则称为 热电动势 图 5 1 1 热电偶回路 热电动势由两部分电动势组成 一部分是两种导体的接触电动势 另一部分是单 一导体的温差电动势 当 A 和 B 两种不同材料的导体接触时 由于两者内部单位体积的自由电子数目不 同 即电子密度不同 因此 电子在两个方向上扩散的速率就不一样 现假设导体 A 的自由电子密度大于导体 B 的自由电子密度 则导体 A 扩散到导体 B 的电子数要比导 体 B 扩散到导体 A 的电子数大 所以导体 A 失去电子带正电荷 导体 B 得到电子带 负电荷 于是 在 A B 两导体的接触界面上便形成一个由 A 到 B 的电场 该电场的 方向与扩散进行的方向相反 它将引起反方向的电子转移 阻碍扩散作用的继续进行 当扩散作用与阻碍扩散作用相等时 即自导体 A 扩散到导体 B 的自由电子数与在电场 作用下自导体 B 到导体 A 的自由电子数相等时 便处于一种动态平衡状态 在这种状 态下 A 与 B 两导体的接触处就产生了电位差 称为接触电动势 接触电动势的大小 与导体的材料 接点的温度有关 与导体的直径 长度及几何形状无关 对于温度分 别为 t 和 t0的两接点 可得下列接触电动势公式 5 1 1 式中 eAB t eAB t0 为导体 A B 在接点温度 t 和 t0时形成的电动势 UAt UAt0分别为 导体 A 在接点温度为 t 和 t0时的电压 UBt UBt0分别为导体 B 在接点温度为 t 和 t0时 的电压 对于导体 A 或 B 将其两端分别置于不同的温度场 t t0中 t t0 在导体内部 热 端的自由电子具有较大的动能 向冷端移动 从而使热端失去电子带正电荷 冷端得 到电子带负电荷 这样 导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场 该电场阻 止电子从热端继续跑到冷端并使电子反方向移动 最后也达到了动态平衡状态 这样 导体两端便产生了电位差 我们将该电位差称为温差电动势 温差电动势的大小取决 于导体的材料及两端的温度 如下式所示 5 1 2 式中 eA t t0 eB t t0 为导体 A 和 B 在两端温度分别为 t 和 t0时形成的电动势 导体 A 和 B 头尾相接组成回路 如果导体 A 的电子密度大于导体 B 的电子密度 且两接点的温度不相等 则在热电偶回路中存在着四个电势 即两个接触电动势和两 个温差电动势 热电偶回路的总电动势为 5 1 3 实践证明 在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势 温差电动势只占极小部分 可以忽略不计 故式 5 3 可以写成 5 1 4 上式中 由于导体 A 的电子密度大于导体 B 的电子密度 所以 A 为正极 B 为负极 脚注 AB 的顺序表示电动势的方向 不难理解 当改变脚注的顺序时 电动势前面的 符号 指正 负号 也应随之改变 因此 式 5 4 也可以写成 综上所述 我们可以得出如下结论 热电偶回路中热电动势的大小 只与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关 而与热电偶的形状尺寸无关 当热电偶两电极材料固定后 热电动势便是两接点温度 t 和 t0 的函数差 即 如果使冷端温度 t0保持不变 则热电动势便成为热端温度 t 的单一函数 即 5 1 5 这一关系式在实际测温中得到了广泛应用 因为冷端 t0恒定 热电偶产生的热电 动势只随热端 测量端 温度的变化而变化 即一定的热电动势对应着一定的温度 我 们只要用测量热电动势的方法就可达到测温的目的 2 热电偶的特性 热电偶的主要特性如下 稳定性 指热电偶的热电特性随使用时间变化小 不均匀性 指热电极的不均匀程度 所引起的附加热电势的大小 取决于沿热 电极长度的温度梯度分布状态 材料的不均匀形式和不均匀程度以及热电偶在温度场 中所处的位置 不均匀性降低测温的准确度 影响热电偶的稳定性和互换性 造成不 均匀性的原因有杂质分布不均 成份偏析 局部表面金属的挥发和氧化 局部的腐蚀 和沾污 应力分布不均匀和晶体结构不均匀等 热惰性 指被测介质从某一温度跃迁到另一温度时 热电偶测量端的温度上 升到整个跃迁的 63 2 所需的时间 二 热电偶的基本定律 1 均质导体定律 如果热电偶回路中的两个热电极材料相同 无论两接点的温度如何 热电动势为零 根据这个定律 可以检验两个热电极材料成分是否相同 称为同名极检验法 也可以检 查热电极材料的均匀性 2 中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体 只要第三种导体的两接点温度相同 则回路中总的 热电动势不变 如图 5 1 2 在热电偶回路中接人第三种导体 C 设导体 A 与 B 接点处的温度为 t A 与 C B 与 C 两接点处的温度为 t0 则回路中的总电动势为 5 1 6 图 5 1 2 热电偶中接入第三种导体 如果回路中三接点的温度相同 即 t t0 则回路总电动势必为零 即 或者 5 1 7 将式 5 7 代人式 5 6 可得 5 1 8 可以用同样的方法证明 断开热电偶的任何一个极 用第三种导体引入测量仪表 其总电 动势也是不变的 热电偶的这种性质在实用上有着重要的意义 它使我们可以方便地在回路中直接接入 各种类型的显示仪表或调节器 也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直 接焊在金属表面进行温度测量 3 标准电极定律 如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知 则由这两种导 体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知 如图 5 3 导体 A B 分别与标准电极 C 组成热电偶 若它们所产生的热电动势为已知 即 那么 导体 A 与 B 组成的热电偶 其热电动势可由下式求得 5 1 9 图 5 1 3 三种导体分别组成热电偶 标准电极定律是一个极为实用的定律 可以想象 纯金属的种类很多 而合金类型更 多 因此 要得出这些金属之间组合而成热电偶的热电动势 其工作量是极大的 由于铂 的物理 化学性质稳定 熔点高 易提纯 所以 我们通常选用高纯铂丝作为标准电极 只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势 则各种金属之间相互组合而成的热电 偶的热电动势可根据式 5 9 直接计算出来 例如 热端为 100 冷端为 0 时 镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为 2 95mV 而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为 4 0mV 则镍铬和考铜组合而成的热电 偶所产生的热电动势应为 2 95mV 4 0mV 6 95mV 4 中间温度定律 热电偶在两接点温度 t t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为 t tn和 tn t0时的 相应热电动势的代数和 中间温度定律可以用下式表示 5 1 10 中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据 它表明 若热电偶的热电极被导体 延长 只要接入的导体组成热电偶的热电特性与被延长的热电偶的热电特性相同 且它们 之间连接的两点温度相同 则总回路的热电动势与连接点温度无关 只与延长以后的热电 偶两端的温度有关 5 2 常用热电偶及测温线路常用热电偶及测温线路 二 热电偶种类 1 标准型热电偶 国际电工委员会在 1975 年向世界各国推荐七种标准型热电偶 我国生产的符合 IEC 标准的热 电偶有六种 分别是 1 铂铑30 铂铑6热电偶 这种热电偶分度号为 B 它的正极是铂铑丝 铂 70 铑 30 负极也是铂铑丝 铂 94 铑 6 故俗称双铂铑 测温范围为 0 1700 其特点是测温上限高 性能稳定 在冶金反应 钢水测量等高温领域中得到了广泛的应用 表 5 1 铂铑 30 铂铑 6 热电偶 B 型 分度表 ITS 90 分度号 B 参考端温度 0 t 0100200300400500600700800900 E m V 0 0000 0330 1780 4310 7871 2421 7922 4313 1543 957 t 100011001200130014001500160017001800 E m V 4 8345 7806 7867 8488 95610 09911 26312 43313 820 B 型热电偶参考端温度非 0 时的校正表 修正值加上所查的热电势 t 01020304050 E mV0 000 0 002 0 003 0 002 0 0000 002 2 铂铑10 铂热电偶 这种热电偶分度号为 S 它的正极是铂铑丝 铂 90 铑 l0 负 极是纯铂丝 测温范围为 0 1700 其特点是热电性能稳定 抗氧化性强 宜在氧化性 惰性气 氛中工作 由于精度高 故国际温标中规定它为 630 74 1064 43 温度范围内复现温标的标准仪 器 常用作标准热电偶或用于高温测量 表 5 2 铂铑10 铂热电偶 S 型 分度表 ITS 90 分度号 S 参考端温度 0 t 0100200300400500600700800900 E mV 0 0000 6461 4412 3233 2594 2335 2396 2757 3458 449 t 10001100120013001400150016001700 E mV 9 58710 75711 85113 15914 37315 58216 77717 947 S 型热电偶参考端温度非 0 时的校正表 修正值加上所查的热电势 t 01020304050 E mV0 0000 0550 1130 1730 2350 229 3 镍铬 镍硅热电偶 这种热电偶分度号为 K 它的正极是镍铬合金 镍 90 5 铬 9 5 负极为镍硅 镍 97 5 硅 2 5 测温范围为 200 1300 其特点是测温范围很宽 热 电动势与温度关系近似线性 热电动势大及价格低 缺点是热电动势的稳定性较 B 型或 S 型热电 偶差 且负极有明显的导磁性 表 5 3 镍铬 镍硅热电偶 K 型 分度表 ITS 90 分度号 K 参考端温度 0 t 200 1000100200300400500600700 E mV 5 891 3 5540 0004 0968 13812 20916 39720 64424 90529 129 t 8009001000110012001300 E mV 33 27537 32641 27645 11948 83852 410 K 型热电偶参考端温度非 0 时的校正表 修正值加上所查的热电势 t 01020304050 E mV0 0000 3970 7981 2031 6122 023 4 镍铬 康铜热电偶 这种热电偶分度号为 E 它的正极是镍铬合金 负极是铜镍合金 铜 55 镍 45 测温范围为 200 1000 其特点是热电动势较其他常用热电偶大 适宜在氧化 性或惰性气氛中工作 表 4 镍铬 康铜热电偶 E 型 分度表 ITS 90 分度号 E 参考端温度 0 t 200 1000100200300400500600700 E mV 8 825 5 2370 0006 31913 42121 03628 94637 00545 09353 112 t 8009001000 E mV 61 01768 78776 373 E 型热电偶参考端温度非 0 时的校正表 修正值加上所查的热电势 t 01020304050 E mV0 0000 5911 1921 8012 4203 048 5 铁 康铜热电偶 这种热电偶分度号为 J 它的正极是铁 负极是铜镍合金 测温范围 为 200 1300 其特点是价格便宜 热电动势较大 仅次于 E 型热电偶 缺点是铁极易氧化 表 5 5 镍铬 镍硅热电偶 J 型 分度表 ITS 90 分度号 J 参考端温度 0 t 200 1000100200300400500600700 E mV 7 890 4 6330 0005 26910 77916 32721 84827 39333 10239 132 t 800900100011001200 E mV 45 49451 87757 95363 79269 553 J 型热电偶参考端温度非 0 时的校正表 修正值加上所查的热电势 t 01020304050 E mV0 0000 5071 0191 5372 0592 585 6 铜 康铜热电偶 这种热电偶分度号为 T 它的正极是铜 负极是铜镍合金 测温范 围为 200 400 特点是精度高 在 0 200 范围内 可制成标准热电偶 准确度可达土 0 1 缺点是铜极易氧化 故在氧化性气氛中使用时 一般不能超过 300 表 5 6 铜 康铜热电偶 T 型 分度表 ITS 90 t 200 1000100200300400 E mV 5 603 3 3790 0004 2799 28814 86220 872 T 型热电偶参考端温度非 0 时的校正表 修正值加上所查的热电势 t 01020304050 E mV0 0000 3910 7901 1961 1622 036 最后要说明的是 IEC 公布的标准型热电偶中 还有铂铑13 铂 分度号为 R 因在国际上 只有少数国家采用 且其温度范围与铂铑10 铂重合 所以我国不准备发展这个品种 2 非标准型热电偶 非标准型热电偶包括铂铑系 铱铑系及钨铼系热电偶等 铂铑系热电偶有铂铑20 铂铑5 铂铑40 铂铑20等一些种类 其共同的特点是性能稳定 适用 于各种高温测量 铱铑系热电偶有铱铑40 铱 铱铑60 铱 这类热电偶长期使用的测温范围在 2000 以下 且热 电动势与温度关系线性好 钨铼系热电偶有钨铼3 钨铼25 钨铼5 钨铼20等种类 它的最高使用温度受绝缘材料的限制 目前可使用到 2500 左右 主要用于钢水连续测温 反应堆测温等场合 3 工业热电偶简介 1 装配式热电偶 A 主要技术参数 测量范围 热电偶能准确测出温度的范围 即工作温度有效范围 基本误差限 能允许的测温误差范围 热电偶时间常数 也称热惰性 指被测介质从某一温度跃迁到另一温度时 热电偶测量端的 温度上升到整个跃迁的 63 2 所需的时间 表 5 7 热惰性级别与时间常数的关系 热惰性级别时间常数 秒 热惰性级别时间常数 秒 90 180 10 30 30 90 10 热电偶公称压力 一般是指在工作温度下保护管所能承受的静态外压而破裂 热电偶最小插入深度 应不小于其保护套管外径的 8 10 倍 特殊产品例外 绝缘电阻 当周围空气温度为 15 35 相对湿度 80 时绝缘电阻 5 兆欧 电压 100V 具有防溅式接线盒的热电偶 当相对温度为 93 3 时 绝缘电阻 0 5 兆欧 电压 100V 高温下的绝缘电阻 热电偶在高温下 其热电极 包括双支式 与保护管以及双支热电极之 间的绝缘电阻 按每米计 应大于表 8 规定的值 表 5 8 高温下的绝缘电阻值 规定的长时间使用温度 试验温度 绝缘电阻值 600 60072000 800 80025000 1000 10005000 B 热电偶型号命名 热电偶型号命名如图 5 2 1 所示 图 5 2 1 热电偶型号命名示例图 2 铠装热电偶 铠装热电偶的工作原理是 两种不同成份的导体两端经焊接 形成回路 直接测温端叫工作 端 接线端子端叫冷端 也称参比端 当工作端和参比端存在温差时 就会在回路中产生热电流 接上显示仪表 仪表上就会指示出热电偶所产生的热电动势的对应温度值 铠装热电偶的热电动势将随着测量端温度升高而增长 热电动势的大小只和热电偶导体材质 以及两端温差有关 和热电极的长度 直径无关 铠装热电偶热响应时间 在温度出现阶跃变化时 热电偶的输出变化至相当于该阶跃变化的 50 所得的时间称为热响应时间 用 0 5 表示 绝缘电阻 当周围空气温度为 20 1 5 相对湿度不大于 80 时 绝缘型铠装热电偶的偶丝 与外套管之间的绝缘电阻值应符合表 5 9 的规定 表 5 9 铠装热电偶的绝缘电阻标准 偶丝直径 mm 试验电压 V DC 绝缘电阻 M m 1 5 50 10 1000 1 5 500 10 1000 可挠度 铠装热电偶的可挠曲率半径不小于其外径的 5 倍 3 耐磨热电偶 在某些特殊场合 如化工厂 冶炼厂 发电厂 水泥厂等 用普通热电偶 热电阻就极易损 坏 因此 在这些场合就必须采用耐磨热电偶 该热电偶特别适用硫化床 磨煤机出口 一次 二次风煤及水泥行业测温 特征 耐磨 同时耐冲刷 耐腐蚀 寿命长 高温下可使用 6 个月以上 低温下可使用 8 个 月以上 4 防爆热电偶 工业用隔爆热电偶是一种温度传感器 在化学工业自控系统中应用极广 通过温度传感器 可将控制对象的温度参数变成电信号 传递给显示 记录和调节仪 对系统施行检测 调节和控 制 在化工厂 生产现场常伴有各种易燃 易爆等 化学气体 蒸汽 如果使用普通的热电偶非 常不安全 极易引起环境气体爆炸 因此 在这些场合必须使用隔爆热电偶作温度传感器 工作原理 如果由两种不同成份的均质导体 热电极 组成闭合回路 当两端存在温度梯度时 回 路中就有电流通过 那么两端之间就存在热电势 防爆原理 利用间隙隔爆原理 设计具有足够强度的接线盒等部件 将所有会产生火花 电 弧和危险温度的零部件都密封在接线盒内 当腔内发生爆炸时 能通过接合面间隙熄 火和冷却 使爆炸后的火焰和温度不传到腔外 除以上介绍的常见热电偶之外 目前工业上广为应用的还有多点热电偶 吹气热电偶 高温 防腐热电偶 微细铠装热电偶 压簧固定热电偶 多点隔爆热电偶 高温高压热电偶 快速热电 偶等种类 读者感兴趣的话可以自行查阅这方面的资料 5 2 常用热电偶及测温线路常用热电偶及测温线路 三 热电偶的冷端补偿方法 从热电效应的原理可知 热电偶产生的热电动势与两端温度有关 只有将冷端的温度恒定 热电动势才是热端温度的单值函数 由于热电偶分度表是以冷端温度为 0 时作出的 因此在 使用时要正确反映热端温度 被测温度 最好设法使冷端温度恒为 0 但在实际应用中 热 电偶的冷端通常靠近被测对象 且受到周围环境温度的影响 其温度不是恒定不变的 为此 必须采取一些相应的措施进行补偿或修正 常用的方法有以下几种 1 冷端恒温法 A 0 恒温器 将热电偶的冷端置于温度为 0 的恒温器内 如冰水混合物 使冷端温度处于 0 这种 装置通常用于实验室或精密的温度测量 B 其他恒温器 将热电偶的冷端置于各种恒温器内 使之保持温度恒定 避免由于环境温度的波动而引入 误差 这类恒温器可以是盛有变压器油的容器 利用变压器油的热惰性恒温 也可以是电加 热的恒温器 这类恒温器的温度不为 0 故最后还需对热电偶进行冷端温度修正 2 补偿导线法 热电偶由于受到材料价格的限制不可能做得很长 而要使其冷端不受测温对象的温度影响 必须使冷端远离温度对象 采用补偿导线就可以做到这一点 所谓补偿导线 实际上是一对 材料化学成分不同的导线 在 0 150 温度范围内与配接的热电偶有一致的热电特性 但价 格相对要便宜 若我们利用补偿导线 将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所 如仪表室 其 实质是相当于将热电极延长 根据中间温度定律 只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一 致 是不会影响热电动势输出的 下面举例说明补偿导线的作用 采用镍铬 镍硅热电偶测量炉温 热端温度为 800 冷端温度为 50 为了进行炉温的 调节及显示 必须将热电偶产生的热电动势信号送到仪表室 仪表室的环境温度恒为 20 首先由镍铬 镍硅热电偶分度表查出它在冷端温度为 0 热端温度为 800 时的热电动势 为 E 800 0 33 275mV 热端温度为 50 时的热电动势为 E 50 0 2 023mV 热端温度为 20 时的热电动势为 E 20 0 0 798mV 如果热电偶与仪表之间直接用铜导线连接 根据中间导体定律 输入仪表的热电动势为 E 800 50 E 800 0 E 50 0 33 277 2 022 mV 31 255mV 相当于 751 如果热电偶与仪表之间用补偿导线连接 相当于将热电偶延伸到仪表室 输入仪表的热电 动势为 E 800 20 E 800 0 E 20 0 33 277 0 798 mV 32 479mV 相当于 781 与炉内的真实温度相差分别为 751 800 49 781 800 19 可见 补偿导线的作用是很明显的 补偿导线的类型见表 5 10 所示 表中 I 类型通常是和所配用热电极相同的合金 类型 通常是和所配热电极不相同的合金 表 5 10 热电偶补偿导线类型 合金材料磁性 热电偶类型补偿导线类型 正极负极 温度范围 正极负极 贱金属 镍铬 考铜 铁 康铜 镍铬 镍硅 铜 康铜 I 类型 镍铬 考铜补偿导 线 铁 康铜 镍铬 镍硅 铜 康铜 镍铬 铁 镍铬 铜 考铜 康铜 镍硅 康铜 0 150 0 150 0 150 0 150 无 有 无 无 无 无 有 无 镍铬 镍硅 钨铼5 钨铼20 贵金属 类型 铜 康铜补偿导线 铜 铜镍硅 铜 铜 康铜 铜镍合金 0 150 0 150 无 无 无 无 铂铑10 铂铜 铜镍合金铜铜镍合金0 150无无 表 5 11 补偿导线的分类型号与分度号 补偿导线合金丝补偿导线颜色 补偿导线型号配用热电偶的分度号 正极负极正极负极 SC KC KX EX JX TX S 铂铑10 铂 K 镍铬 镍硅 K 镍铬 镍硅 E 镍铬 铜镍 J 铁 铜镍 T 铜 铜镍 SPC 铜 KPC 铜 KPX 镍铬 EPX 镍铬 JPX 铁 TPX 铜 SNC 铜镍 KNC 铜镍 KNX 镍硅 ENX 铜镍 JNX 铜镍 TNX 铜镍 红 红 红 红 红 红 绿 蓝 黑 棕 紫 白 补偿导线型号按产品品种划分为 SC KC KX EX JX TX 等 具体见表 5 11 所示 补 偿导线的等级标志见表 5 12 所示 其中 a 型号头一个字母与配用热电偶的分度号相对应 b 字母 X 表示延伸型补偿导线 c 字母 C 表示补偿型补偿导线 表 5 12 补偿导线的分类 等级及标志 使用分类标志允差等级标志 普通级精密级 一般用G 耐热用H BA 补偿导线技术数据 a 热电动势及允差值见表 5 13 所示 表 5 13 补偿导线的热电动势及允差值 100 热电动势及允差 mv 200 热电动势及允差 mv 允差允差 型号 热电势 普通级 精密级 热电势 普通级 精密级 SC0 645 0 037 5 0 023 3 1 440 0 057 5 KC4 095 0 105 2 5 0 063 1 5 KX4 095 0 105 2 5 0 063 1 5 8 137 1 000 2 5 0 060 1 5 EX6 317 0 170 2 5 0 102 1 5 13 419 0 183 2 5 0 111 1 5 JX5 268 0 135 2 5 0 081 1 5 10 777 0 138 2 5 0 083 1 5 TX4 277 0 047 1 0 023 0 5 9 286 0 053 1 0 0 027 0 5 b 补偿导线的防潮试验的绝缘电阻在 40 水中 24h 后不大于 10m 25M c 补偿导线耐热老化温度在 200 5 24h 前后进行 5 倍外径卷绕试验 经电压 500V 1min 亦不击穿 d 补偿导线技术依据符合 IEC584 3 标准 普通的符合 GB4989 85 标准 3 计算修正法 上述两种方法解决了一个问题 即设法使热电偶的冷端温度恒定 但是 冷端温度并非一 定为 0 所以测出的热电动势还是不能正确反映热端的实际温度 为此 必须对温度进行修 正 修正公式如下 5 2 1 式中 EAB t t0 为热电偶热端温度为 t 冷端温度为 0 时的热电动势 EAB t t1 为热电偶热 端温度为 t 冷端温度为 t1时的热电动势 EAB t1 t0 为热电偶热端温度为 t1 冷端温度为 0 时的热电动势 例如 用镍铬 镍硅热电偶测炉温 当冷端温度为 30 且为恒定时 测出热端温度为 t 时的热电动势为 39 17mV 求炉子的真实温度 由镍铬 镍硅热电偶分度表查出 E 30 0 1 203mV 根据式 5 2 1 计算出 再通过分度表查出其对应的实际温度为 t 977 4 电桥补偿法 计算修正法虽然很精确 但不适合连续测温 为此 有些仪表的测温线路中带有补偿电桥 利用不平衡电桥产生的电动势补偿热电偶因冷端波动引起的热电动势的变化 下面以 DBW 型 温度变送器的输入回路为例加以说明 DBW 型温度变送器 能与各种常用热电偶配合使用 将温度参数转换成 0 10mA 直流电 流统一信号 其热电偶输入回路的简化图见图 5 2 2 图 5 2 2 电桥补偿法 图中 e 为热电偶产生的热电动势 U 为回路的输出电压 回路中串接了一个补偿电桥 R1 R5及 RCM均为桥臂电阻 RCM是用漆包铜丝绕制成的 它和热电偶的冷端感受同一温度 R1 R5均用锰铜丝绕成 阻值稳定 在桥路设计时 使 R1 R2 并且 R1 R2的阻值要比桥路 中其他电阻大得多 这样 即使电桥中其他电阻的阻值发生变化 左右两桥臂中的电流却差 不多保持不变 从而认为其具有恒流特性 线路设计使得 I1 I2 I 2 0 5mA 回路输出电压 U 为热电偶的热电动势 e 桥臂电阻 RCM的压降 URCM及另一桥臂电阻 R5的 压降 UR5三者的代数和 当热电偶的热端温度一定 冷端温度升高时 热电动势将会减小 与此同时 铜电阻 RCM 的阻值将增大 从而使 URC