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安徽國(guó)天儀表有限公司
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Anhui Guotian Yibiao Company Limited
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熱電偶的補(bǔ)償溫度
基本常識(shí)：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(bǔ)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(diǎn)（溫度為T、T0）間的熱電勢(shì)，等于熱電偶在溫度為T、Tn時(shí)的熱電勢(shì)與在溫度為Tn、T0時(shí)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。Tn稱中間溫度”。在熱電偶冷端溫度產(chǎn)生一個(gè)溫度為Tn、T0時(shí)的熱電勢(shì)。來(lái)對(duì)熱電偶冷端溫度的不確定進(jìn)行補(bǔ)償。它實(shí)質(zhì)上，就是能產(chǎn)生一個(gè)隨參考端環(huán)境溫度變化而變化的直流毫伏信號(hào)。把它串接在熱電偶測(cè)量回路中測(cè)溫時(shí)，就可以使參考端溫度得到自動(dòng)補(bǔ)償。
采用熱電偶冷端補(bǔ)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(lái)解釋溫度補(bǔ)償原理。但在實(shí)際上，如果冷端溫度可以固定下來(lái)，則只需計(jì)算出T(T,To)和T(T,Tn)之間的差值，在指示過(guò)程中人為制造一個(gè)相反的誤差，來(lái)抵消冷端溫度不為零會(huì)帶來(lái)誤差。就可以得到正確的測(cè)量值。
所以冷端補(bǔ)償電路在溫度補(bǔ)償中，不一定非要以零度作為基準(zhǔn)。同時(shí)，熱電偶的冷端補(bǔ)償電路往往有一個(gè)適應(yīng)范圍，超出這個(gè)范圍就無(wú)法滿足補(bǔ)償?shù)囊?。從適應(yīng)環(huán)境，降低成本，簡(jiǎn)化線路，減小體積 等多方面因素出發(fā)，選擇一個(gè)適合的，不為零的溫度點(diǎn)作為冷端補(bǔ)償電路的補(bǔ)償基準(zhǔn)，就成為一種常見(jiàn)的做法。這個(gè)冷端補(bǔ)償電路的補(bǔ)償基準(zhǔn)，稱為補(bǔ)償電路的補(bǔ)償溫度。每臺(tái)有冷端補(bǔ)償功能的儀表或卡件，都有這個(gè)指標(biāo)。（如果沒(méi)有標(biāo)出則默認(rèn)為0℃，常見(jiàn)于帶冷端補(bǔ)償?shù)臏囟戎甘緝x和溫度變送器）
補(bǔ)償溫度的意義在于：熱電偶的溫差電勢(shì)E(T,Tn)與補(bǔ)償電路的補(bǔ)償電勢(shì)E(TN,Tn）之和，等于熱電偶工作端與補(bǔ)償溫度之間的電勢(shì)Ｅ(T,TN)。
當(dāng)補(bǔ)償電路的補(bǔ)償溫度點(diǎn)TN≠0℃時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償溫度點(diǎn)TN＝冷端基準(zhǔn)溫度T0=0℃時(shí)極少遇到的問(wèn)題。即環(huán)境Tn（熱電偶冷端）溫度低于補(bǔ)償溫度點(diǎn)TN。
對(duì)于測(cè)量需要的熱電勢(shì)，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(cè)量熱電勢(shì)
E(T,Tn) 熱電偶工作端與室溫（冷端）之間的溫差電勢(shì)
E(TN,Tn) 補(bǔ)償電路針對(duì)補(bǔ)償溫度和室溫（冷端）之間的溫差產(chǎn)生的補(bǔ)償電勢(shì)
E(TN,T0) 補(bǔ)償溫度和基準(zhǔn)溫度（0℃）之間的溫差電勢(shì)（實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)不必以電勢(shì)的形式出現(xiàn)。例如，可以將后續(xù)電路或指示儀表的零點(diǎn)設(shè)置為TN。）
當(dāng) TN=T0 時(shí)，E(TN,T0)＝0；E(TN,Tn)＝E(Tn,T0)
這時(shí) 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(shí)，E(Tn,TN)＋E(TN,T0)＝E(Tn,T0)；
這時(shí) 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(shí)，E(TN,Tn) 是一個(gè)負(fù)值
這時(shí) 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(jiàn)，無(wú)論補(bǔ)償溫度是否設(shè)置為０，對(duì)于整個(gè)熱電偶測(cè)量系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，結(jié)果是一樣的。
但是，補(bǔ)償溫度是否設(shè)置為０℃，對(duì)于熱電偶測(cè)量系統(tǒng)不同部分的應(yīng)用，會(huì)有所區(qū)別。下面是一些個(gè)人體會(huì)。大家可以討論補(bǔ)充。
★ 冷端補(bǔ)償可以分為動(dòng)態(tài)補(bǔ)償 E(TN,Tn) 和 定值補(bǔ)償 E(TN,T0) 兩個(gè)部分。（這個(gè)名稱是我起的，僅為描述方便）顯然，如果動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和定值補(bǔ)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(xiàng)功能看做一體時(shí)，其外在表現(xiàn)就是補(bǔ)償溫度為０℃。除了分析電路外，在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)論其工作過(guò)程是怎樣的，都應(yīng)看做補(bǔ)償溫度為０℃。
★ 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和定值補(bǔ)償可以在不同設(shè)備或單元中實(shí)現(xiàn)。
★ 對(duì)于補(bǔ)償單元來(lái)說(shuō)，會(huì)將熱電偶的電勢(shì)信號(hào)從E(T,Tn）裁接成E(T,TN）。當(dāng)補(bǔ)償單元的輸入為0時(shí)，輸出為TN。這和補(bǔ)償溫度沒(méi)有關(guān)系。但對(duì)于習(xí)慣了補(bǔ)償溫度為0℃的人來(lái)說(shuō)，容易造成困惑。
★ 對(duì)于補(bǔ)償單元之后的部分（如顯示儀）來(lái)說(shuō)，需要產(chǎn)生一個(gè)相當(dāng)于E(TN,T0)的信號(hào)。換句話說(shuō)，就是當(dāng)顯示儀輸入為0時(shí)（不帶補(bǔ)償器），顯示儀應(yīng)當(dāng)指示TN。對(duì)于習(xí)慣了TN=T0=0℃的人來(lái)說(shuō)，容易產(chǎn)生疏忽。
★ 將補(bǔ)償?shù)臏囟确秶闹悬c(diǎn)設(shè)置在冷端所處環(huán)境溫度變化中點(diǎn)，是一種提高器件性價(jià)比的方式。所以采用補(bǔ)償溫度不為0℃的補(bǔ)償單元，在設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)有自身的考慮。
例如把補(bǔ)償溫度設(shè)為常見(jiàn)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(huì)采用30℃的補(bǔ)償溫度；一些現(xiàn)場(chǎng)安裝的補(bǔ)償單元甚至?xí)?0℃。
需要注意的是，在一些補(bǔ)償溫度明顯高于通常會(huì)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(bǔ)償溫度定為30℃。有很大可能熱電偶冷端所處的實(shí)際位置（卡件內(nèi)部）的溫度會(huì)高于環(huán)境溫度。如果拿控制室墻上的溫度計(jì)當(dāng)作冷端溫度往往會(huì)產(chǎn)生偏差。（個(gè)人經(jīng)驗(yàn)：這時(shí)候直接拿補(bǔ)償溫度作為冷端溫度，偏差不會(huì)太大。）
熱電偶溫度變送器或卡件，都有溫度補(bǔ)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(diǎn)（溫度為T、T0）間的熱電勢(shì)，等于熱電偶在溫度為T、Tn時(shí)的熱電勢(shì)與在溫度為Tn、T0時(shí)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。Tn稱中間溫度”。在熱電偶冷端溫度產(chǎn)生一個(gè)溫度為Tn、T0時(shí)的熱電勢(shì)。來(lái)對(duì)熱電偶冷端溫度的不確定進(jìn)行補(bǔ)償。它實(shí)質(zhì)上，就是能產(chǎn)生一個(gè)隨參考端環(huán)境溫度變化而變化的直流毫伏信號(hào)。把它串接在熱電偶測(cè)量回路中測(cè)溫時(shí)，就可以使參考端溫度得到自動(dòng)補(bǔ)償。
采用熱電偶冷端補(bǔ)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(lái)解釋溫度補(bǔ)償原理。但在實(shí)際上，如果冷端溫度可以固定下來(lái)，則只需計(jì)算出T(T,To)和T(T,Tn)之間的差值，在指示過(guò)程中人為制造一個(gè)相反的誤差，來(lái)抵消冷端溫度不為零會(huì)帶來(lái)誤差。就可以得到正確的測(cè)量值。
所以冷端補(bǔ)償電路在溫度補(bǔ)償中，不一定非要以零度作為基準(zhǔn)。同時(shí)，熱電偶的冷端補(bǔ)償電路往往有一個(gè)適應(yīng)范圍，超出這個(gè)范圍就無(wú)法滿足補(bǔ)償?shù)囊?。從適應(yīng)環(huán)境，降低成本，簡(jiǎn)化線路，減小體積 等多方面因素出發(fā)，選擇一個(gè)適合的，不為零的溫度點(diǎn)作為冷端補(bǔ)償電路的補(bǔ)償基準(zhǔn)，就成為一種常見(jiàn)的做法。這個(gè)冷端補(bǔ)償電路的補(bǔ)償基準(zhǔn)，稱為補(bǔ)償電路的補(bǔ)償溫度。每臺(tái)有冷端補(bǔ)償功能的儀表或卡件，都有這個(gè)指標(biāo)。（如果沒(méi)有標(biāo)出則默認(rèn)為0℃，常見(jiàn)于帶冷端補(bǔ)償?shù)臏囟戎甘緝x和溫度變送器）
補(bǔ)償溫度的意義在于：熱電偶的溫差電勢(shì)E(T,Tn)與補(bǔ)償電路的補(bǔ)償電勢(shì)E(TN,Tn）之和，等于熱電偶工作端與補(bǔ)償溫度之間的電勢(shì)Ｅ(T,TN)。
當(dāng)補(bǔ)償電路的補(bǔ)償溫度點(diǎn)TN≠0℃時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償溫度點(diǎn)TN＝冷端基準(zhǔn)溫度T0=0℃時(shí)極少遇到的問(wèn)題。即環(huán)境Tn（熱電偶冷端）溫度低于補(bǔ)償溫度點(diǎn)TN。
對(duì)于測(cè)量需要的熱電勢(shì)，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(cè)量熱電勢(shì)
E(T,Tn) 熱電偶工作端與室溫（冷端）之間的溫差電勢(shì)
E(TN,Tn) 補(bǔ)償電路針對(duì)補(bǔ)償溫度和室溫（冷端）之間的溫差產(chǎn)生的補(bǔ)償電勢(shì)
E(TN,T0) 補(bǔ)償溫度和基準(zhǔn)溫度（0℃）之間的溫差電勢(shì)（實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)不必以電勢(shì)的形式出現(xiàn)。例如，可以將后續(xù)電路或指示儀表的零點(diǎn)設(shè)置為TN。）
當(dāng) TN=T0 時(shí)，E(TN,T0)＝0；E(TN,Tn)＝E(Tn,T0)
這時(shí) 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(shí)，E(Tn,TN)＋E(TN,T0)＝E(Tn,T0)；
這時(shí) 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(shí)，E(TN,Tn) 是一個(gè)負(fù)值
這時(shí) 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(jiàn)，無(wú)論補(bǔ)償溫度是否設(shè)置為０，對(duì)于整個(gè)熱電偶測(cè)量系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，結(jié)果是一樣的。
但是，補(bǔ)償溫度是否設(shè)置為０℃，對(duì)于熱電偶測(cè)量系統(tǒng)不同部分的應(yīng)用，會(huì)有所區(qū)別。下面是一些個(gè)人體會(huì)。大家可以討論補(bǔ)充。
★ 冷端補(bǔ)償可以分為動(dòng)態(tài)補(bǔ)償 E(TN,Tn) 和 定值補(bǔ)償 E(TN,T0) 兩個(gè)部分。（這個(gè)名稱是我起的，僅為描述方便）顯然，如果動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和定值補(bǔ)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(xiàng)功能看做一體時(shí)，其外在表現(xiàn)就是補(bǔ)償溫度為０℃。除了分析電路外，在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)論其工作過(guò)程是怎樣的，都應(yīng)看做補(bǔ)償溫度為０℃。
★ 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和定值補(bǔ)償可以在不同設(shè)備或單元中實(shí)現(xiàn)。
★ 對(duì)于補(bǔ)償單元來(lái)說(shuō)，會(huì)將熱電偶的電勢(shì)信號(hào)從E(T,Tn）裁接成E(T,TN）。當(dāng)補(bǔ)償單元的輸入為0時(shí)，輸出為TN。這和補(bǔ)償溫度沒(méi)有關(guān)系。但對(duì)于習(xí)慣了補(bǔ)償溫度為0℃的人來(lái)說(shuō)，容易造成困惑。
★ 對(duì)于補(bǔ)償單元之后的部分（如顯示儀）來(lái)說(shuō)，需要產(chǎn)生一個(gè)相當(dāng)于E(TN,T0)的信號(hào)。換句話說(shuō)，就是當(dāng)顯示儀輸入為0時(shí)（不帶補(bǔ)償器），顯示儀應(yīng)當(dāng)指示TN。對(duì)于習(xí)慣了TN=T0=0℃的人來(lái)說(shuō)，容易產(chǎn)生疏忽。
★ 將補(bǔ)償?shù)臏囟确秶闹悬c(diǎn)設(shè)置在冷端所處環(huán)境溫度變化中點(diǎn)，是一種提高器件性價(jià)比的方式。所以采用補(bǔ)償溫度不為0℃的補(bǔ)償單元，在設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)有自身的考慮。
例如把補(bǔ)償溫度設(shè)為常見(jiàn)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(huì)采用30℃的補(bǔ)償溫度；一些現(xiàn)場(chǎng)安裝的補(bǔ)償單元甚至?xí)?0℃。
需要注意的是，在一些補(bǔ)償溫度明顯高于通常會(huì)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(bǔ)償溫度定為30℃。有很大可能熱電偶冷端所處的實(shí)際位置（卡件內(nèi)部）的溫度會(huì)高于環(huán)境溫度。如果拿控制室墻上的溫度計(jì)當(dāng)作冷端溫度往往會(huì)產(chǎn)生偏差。（個(gè)人經(jīng)驗(yàn)：這時(shí)候直接拿補(bǔ)償溫度作為冷端溫度，偏差不會(huì)太大。）
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