冷端補償

採用熱電偶測量溫度的一個基本要求是一個端點的溫度值必須知道。若該端的溫度能保持為0℃，那么，根據測得的熱電勢，可以直接通過查分度表得到另一端點的溫度值。這個溫度固定端常稱為參比端。

理論上，熱電偶是冷端以0℃為標準進行測量的。然而，通常測量時儀表是處於室溫之下的，但由於冷端不為0℃，造成了熱電勢差減小，使測量不準，出現誤差。因此為減少誤差所做的補償措施就是冷端溫度補償。

基本介紹

• 中文名：冷端補償
• 外文名：cold junction compensation
• 學科：機電傳動與控制技術
• 套用：熱電偶測量
• 方法：冷端恆溫法等
• 目的：減少誤差

介紹

熱電偶的輸出信號是與溫度直接對應的電壓信號，所以使用非常簡單，只需選擇配套 的儀表即可。從熱電效應原理可知，其熱電動勢與兩端溫度均有關，而分度表是在冷端溫 度為0℃的條件下給出的。但在實際使用時，冷端常常靠近被測物，且受環境溫度的影 響，其溫度無法保持0℃，這樣就產生了測量誤差。所以必須採取相應的措施來進行補償 或修正，常用的方法有冷端恆溫法、補償導線法、補償電橋法、計算修正法等幾種。

方法

冰點槽法

冰點槽法就是把熱電偶的冷端放入冰水混合物容器里，使T₀=0℃。這種辦法僅限於在科學實驗中使用。為了避免冰水導電引起兩個連線點短路，必須把連線點分別置於兩個玻璃試管里，浸入同一冰點槽，使相互絕緣。

計算修正法

計算修正法就是用普通室溫計算出冷端實際溫度TH，利用公式計算：

EAB（T,T0）=EAB（T,TH）+EAB（TH,T0）

在這裡我們舉例說明下，

例：用銅-康銅熱電偶測某一溫度T，冷端在室溫環境TH中，測得熱電動勢EAB（T,TH）=1.999mV，又用室溫計測出TH=21℃,查此種熱電偶的分度表可知，EAB（21,0）=0.832mV，故得

EAB（T,0）=EAB（T,21）+EAB（21,T0）
=1.999+0.832
=2.831（mV）
再次查分度表，與2.831mV對應的熱端溫度T=68℃。
注意：既不能只按1.999mV查表，認為T=49℃，也不能把49℃加上21℃，認為T=70℃。

補正係數法

把冷端實際溫度TH乘上係數k，加到由EAB（T,TH）查分度表所得的溫度上，成為被測溫度T。

用公式表達即：T= T′+ k×TH
式中：T—為未知的被測溫度； T′—為參考端在室溫下熱電偶電勢與分度表上對應的某個溫度；TH—室溫； k—為補正係數。
例：用鉑銠10-鉑熱電偶測溫，已知冷端溫度TH=35℃，這時熱電動勢為11.348mV.查S型熱電偶的分度表，得出與此相應的溫度T′=1150℃。再從下表中查出，對應於1150℃的補正係數k=0.53。於是，被測溫度
T=1150+0.53×35=1168.3（℃）
用這種辦法稍稍簡單一些，比計算修正法誤差可能大一點，但誤差不大於0.14%。

零點遷移法

套用領域：如果冷端不是0℃，但十分穩定（如恆溫車間或有空調的場所）。
實質：在測量結果中人為地加一個恆定值，因為冷端溫度穩定不變，電動勢EAB（TH,0）是常數，利用指示儀表上調整零點的辦法，加大某個適當的值而實現補償。
例：用動圈儀表配合熱電偶測溫時，如果把儀表的機械零點調到室溫TH的刻度上,在熱電動勢為零時，指針指示的溫度值並不是0℃而是TH。而熱電偶的冷端溫度已是TH,則只有當熱端溫度T=TH時，才能使EAB（T,TH）=0，這樣，指示值就和熱端的實際溫度一致了。這種辦法非常簡便，而且一勞永逸，只要冷端溫度總保持在TH不變，指示值就永遠正確。

補償器法

利用不平衡電橋產生熱電勢補償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢的變化值。

軟體處理法

對於計算機系統，不必全靠硬體進行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恆定但不為0℃的情況，只需在採樣後加一個與冷端溫度對應的常數即可。
對於T0經常波動的情況，可利用熱敏電阻或其它感測器把T0信號輸入計算機，按照運算公式設計一些程式，便能自動修正。後一種情況必須考慮輸入的採樣通道中除了熱電動勢之外還應該有冷端溫度信號，如果多個熱電偶的冷端溫度不相同，還要分別採樣，若占用的通道數太多，宜利用補償導線把所有的冷端接到同一溫度處，只用一個冷端溫度感測器和一個修正T0的輸入通道就可以了。冷端集中，對於提高多點巡檢的速度也很有利。

考慮因素

一旦建立了冷端補償方法，補償輸出電壓必須轉換成相應的溫度。一種簡單的方法既是使用NBS提供的查找表，用軟體實現查找表需要存儲器，但查找表對於連續的重複查詢提供了一種快速、精確的測量方案。將熱電偶電壓轉換成溫度值的另外兩種方案比查找表複雜一些，這兩種方法是：1） 利用多項式係數進行線性逼近，2） 對熱電偶輸出信號進行模擬線性化處理。
軟體線性逼近只是需要預先確定多項式係數，不需要存儲，因而是一種更通用的方案。缺點是需要較長時間解多階多項式，多項式階數越高，處理時間越長，特別是在溫度範圍較寬的情況下。多項式階數較高時，查找表相對提供了一種精度更高、更有效溫度測量方案。
出現軟體測試方案之前，模擬線性化常被用來將測量電壓轉換成溫度值（除了人工查找表檢索外）。這種基於硬體的方法利用模擬電路修正熱電偶回響的非線性。其精度取決於修正逼近多項式的階數，在目前能夠測試熱電偶信號的萬用表中仍採用這種方法。