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温度测量与热电偶冷端补偿


温度测量
  温度测量是测量领域*重要的功能之一,频繁应用于气象观测、环境研究、实验室以及其他各种生产过程。在特定条件下的产品制造与工业质量保持稳定方面,温度测量是基础且十分重要。因此,本文将描述工业领域温度测量中广泛使用的温度传感器的热电偶和电阻温度传感器(RTD)的测量原理及热电偶冷端补偿相关知识。
热电偶
 

 热电偶测温的基本原理: 两个不同导体AB串接成一个闭合回路,如图a所示,当两个接点的温度不同时(T>T0),回路中就会产生热电动势,这种现象称为热电效应。这种现象是1821年德国科学家赛贝克(T.Seebeck)发现的,所以又称塞贝克效应。
热电偶的基本构成: 导体的AB称为热电偶的热电极。放置在被测对象中的接点称为测量端,习惯上又叫做热端。另一接点称为参考端,习惯上又叫冷端。

在理解热电偶测温原理时我们需要知道热电偶的几个特性:
  1. 
组成热电偶回路的两种导体材料相同时,无论两接点温度如何,回路总热电势等于零。
  2. 
如果热电偶两接点的温度相同,T=T0,则尽管导体AB材料不同,热电偶回路的总电势亦为零。
      
热电偶回路的总电势仅与两接点温度有关,与AB材料的中间温度无关。
  3. 
在热电偶回路中接入第三种材料的导体时,只要这根导体的两端温度相同,则不会影响原来回路的
      
总热电势。这一性质称为中间导体定律。

在用热电偶丝进行温度测量时,热电偶的冷端补偿是必不可少的。那为什么要进行冷端补偿呢?从热电偶的测温原理知道,热电偶热电势大小不但与热端温度有关,而且与冷端温度有关。只有在冷端温度恒定的情况下,热电势才能正确反映热端温度大小。在实际运用中,热电偶冷端受环境温度波动的影响较大,因此冷端温度不可能恒定,而要保持输出电势是被测温度的单一函数值,必须保持一个节点温度恒定。热电偶技术条件都是指冷端(非工作端)处在0时的电动势,要求工作时,保持0,这样热电势才能正确反映热端温度大小,否则就会产生误差。

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