关于热电偶冷端温度的补偿方法的浅要分析

胡玉柱 西北民族大学 电气工程学院

热电偶的输出信号和温度之间是直接关联在一起的，所以在使用过程中一般直接选择与之相配套的仪表即可。但是不同的应用过程中需要与之相对应的方法，因此对于冷端温度补偿的研究是很有必要的。

1 热电偶冷端温度补偿方法

1.1 计算法

计算法就是利用普通的室内温度计算出冷端的实际温度T1，公式如下：

温度固定端我们称为参比端，然后利用分度表来得出与之相对应的温度，这种方法更加方便便捷，实际操作难度不高但是不宜大规模使用。

1.2 电桥补偿法

电桥补偿法就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动势变化。热电偶通过补偿导线接到补偿电桥上。如图1 所示电阻的阻值随温度的升高而增大。在使用时应让电阻与热电偶冷端靠近确保处于同一个温度。我们使让电桥平衡，此时可知即对角线的a 和b 点的电位相等。通常在20℃我们认为是电桥的平衡温度，当冷端的温度比电桥的平衡温度高时，其热电势会相应的减小，会增大，电桥原有的平衡会被打破，电位a 点高于b 点，所以此时产生热电动势和不平衡的电压会反向抵消使整个电路输出电压U 不改变。反之，同理可得当若冷端温度低于电桥平衡温度整个输出电压U 同样不会改变。依据此原理就可以进行温度补偿。

图1 电桥补偿法示意图

1.3 晶体管PN 结补偿法

当有恒定电流正向流过PN 结时，其管压降有负的温度系数，对于温度有较好的灵敏度和线性度。如图2 是管压降与节点温度的关系图，PN 结在-80℃~+80℃其电压与温度都具有比较理想的线性关系。在电路中可以做到热电动势与测量端的温度有关，从而进行相应的冷端补偿。

1.4 补偿导线法

在使用过程中热电偶的长度一般在一米左右，冷端的温度会直接会受到周围环境和测量端的影响造成测量误差，为了使冷端不受其影响可将热电偶加长一般加长到10 米左右，但是热电偶的增长增加了测量费用，所以一般采用一定范围内的与热电偶热电特性相近且相对廉价的材料代替热电偶来延长热电极，这种导线我们就称其为补偿导线。这种补偿导线的方法就是补偿导线法。但是注意只有当新的冷端温度固定或者配用仪表本身具有冷端温度自动补偿装置时，应用补偿导线才有意义。

图2 管压降与节点温度的关系

2 结束语

除了本文介绍的几种方法除此之外还有冰浴法、软件处理法、集成温度传感器补偿法等等。热电偶现在在工业上应用非常广泛，尤其是直接测量温度将温度信号直接转化为热电动势信号，所以冷端补偿方法就起到了对测量温度精度的不同要求，不同的温度补偿方法满足了各个方面的要求例如晶体管PN 结补偿法经济效益好精度比较高但是当温度变化范围太大PN 结压降与温度之间不成线性关系影响精度，电桥补偿法结构简单但是适用性较差。本文介绍的这几种补偿方法各有其优点。我相信随着社会的不断发展一定会不断地优化补偿方法进一步的在工业生产中做出突出贡献。