1、補(bǔ)償導(dǎo)線
在一定溫度范圍內(nèi),與配用熱電偶的熱電特性相同的一對(duì)帶有絕緣層的導(dǎo)線稱(chēng)為補(bǔ)償導(dǎo)線。若與所配用的熱電偶正確連接,其作用是將熱電偶的參比端延伸到遠(yuǎn)離熱源或環(huán)境溫度較恒定的地方。使用補(bǔ)償導(dǎo)線的優(yōu)點(diǎn):
①改善熱電偶測(cè)溫線路的機(jī)械與物理性能,采用多股或小直徑補(bǔ)償導(dǎo)線可提高線路的撓性,接線方便,也可以調(diào)節(jié)線路的電阻或屏蔽外界干擾;
②降低測(cè)量線路的成本。當(dāng)熱電偶與儀表的距離很遠(yuǎn)時(shí),可用賤金屬補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線代替貴金屬熱電偶。
在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫中,補(bǔ)償導(dǎo)線除了可以延長(zhǎng)熱電偶參比端,節(jié)省貴金屬材料外,若采用多股補(bǔ)償導(dǎo)線,還便于安裝與鋪設(shè);用直徑粗、電導(dǎo)系數(shù)大的補(bǔ)償導(dǎo)線,還可減少測(cè)量回路電阻。采用補(bǔ)償導(dǎo)線雖有許多優(yōu)點(diǎn),但必須掌握它的特點(diǎn),否則,不僅不能補(bǔ)償參比端溫度的影響,反而會(huì)增加測(cè)溫誤差。補(bǔ)償導(dǎo)線的特點(diǎn)是:在一定溫度范圍內(nèi),其熱電性能與熱電偶基本一致。它的作用只是把熱電偶的參比端移至離熱源較遠(yuǎn)或環(huán)境溫度恒定的地方,但不能消除參比端不為0℃的影響,所以,仍須將參比端的溫度修正到0℃。
補(bǔ)償導(dǎo)線使用時(shí)的注意事項(xiàng)如下:
①各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶匹配使用;連接時(shí),切勿將補(bǔ)償導(dǎo)線極性接反;
②補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接點(diǎn)的溫度,不得超過(guò)規(guī)定的使用溫度范圍,通常接點(diǎn)溫度在100 ℃以下,耐熱用補(bǔ)償導(dǎo)線可達(dá)200℃;
③由于補(bǔ)償導(dǎo)線與電極材料通常并不完全相同,因此兩連接點(diǎn)溫度必須相同,否則會(huì)產(chǎn)生附加電勢(shì)、引入誤差;
④在需高精度測(cè)溫場(chǎng)合,處理測(cè)量結(jié)果時(shí)應(yīng)加上補(bǔ)償導(dǎo)線的修正值,以保證測(cè)量精度。
2、參比端處理
我們經(jīng)常使用的熱電偶分度表,都是以熱電偶參比端為0℃條件下制作的。在實(shí)驗(yàn)室條件下可采取諸如在保溫瓶?jī)?nèi)盛滿(mǎn)冰水混合物(最好用蒸餾水及用蒸餾水制成的冰),并且,保溫瓶?jī)?nèi)要有足夠數(shù)量的冰塊,保證參比端為0℃(值得注意的是,冰水混合物并不一定就是0℃,只有在冰水兩相界面處才是0℃)?;蚶冒雽?dǎo)體制冷的原理制成的電子式恒溫槽使參比端溫度保持在0℃。
在工業(yè)測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)一般不能使參比端保持0℃,在計(jì)算機(jī)尤其是微處理器和單片機(jī)推廣普及前,這是個(gè)十分令人頭痛的問(wèn)題。各國(guó)從事熱電偶溫度測(cè)量研究與應(yīng)用的科技工作者,對(duì)各種分度號(hào)熱電偶參比端不為0℃,設(shè)計(jì)了許多補(bǔ)償方案和專(zhuān)用補(bǔ)償電路,并因此申報(bào)了許多專(zhuān)利。但這些成果的適用范圍和應(yīng)用效果都不很理想。
現(xiàn)在由于計(jì)算機(jī),尤其是微處理器和單片機(jī)的推廣普及,智能化測(cè)溫儀普遍采用下述以軟件為主的補(bǔ)償方式:
當(dāng)熱電偶的測(cè)量端和參比端溫度分別為t、t1,假定t1>t0=0℃,則熱電動(dòng)勢(shì)
eab(t,t0)=eab(t,t1)+eab(t1,t0) (1)
可變成
eab(t,0)=eab(t,t1)+eab(t1,0)(2)
式中,eab(t,t0)為測(cè)量端和參比端溫度分別為t、t0時(shí)的熱電勢(shì);
eab(t1,t0)為測(cè)量端和參比端溫度分別為t1、t0時(shí)的熱電勢(shì);
eab(t,t1)為測(cè)量端和參比端溫度分別為t、t1時(shí)的熱電勢(shì)。
在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量溫度時(shí),智能化儀器增加一路測(cè)量參比端(由于其置于現(xiàn)場(chǎng)正常環(huán)境中,溫度變動(dòng)范圍不大,因此,測(cè)量參比端的感溫元件可采用價(jià)格十分低廉的銅電阻或下面將介紹的半導(dǎo)體集成溫度傳感器ad590或dsl820等) 溫度t1的電路。eab(t,t1)是由智能化儀器通過(guò)測(cè)量端和參比端輸入回路直接測(cè)得,eab(t1,0)則由智能化儀器根據(jù)另一路測(cè)得的參比端環(huán)境溫度t1,通過(guò)查找存入儀器程序存儲(chǔ)器中的對(duì)應(yīng)熱電偶分度表得到,兩者相加求得eab(t,0);再由eab(t,0)儀器程序存儲(chǔ)器中的對(duì)應(yīng)熱電偶分度表得到熱電偶測(cè)量端的真實(shí)溫度t的數(shù)值。
以上這種方法對(duì)各種標(biāo)準(zhǔn)化與非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶均適用,具有成本十分低廉,補(bǔ)償精度高的特點(diǎn),因此目前已被各種智能化(熱電偶)測(cè)溫控溫儀器廣泛采用。
【例1】 用k型熱電偶測(cè)爐溫時(shí),測(cè)得參比端溫度t1=38℃;測(cè)得測(cè)量端和參比端間的熱電動(dòng)勢(shì)e(t,38)=29.90 mv,試求實(shí)際爐溫。
【解】 由k型分度表查得e(38,0)=1.53 mv,由式(6-11)可得到:
e(t,0)=e(t,t1)+e(t1,0)=(29.90+1.53)mv=31.43mv
再查k型分度表,由31.43mv查得實(shí)際爐溫755℃。
上述例子中,若參比端不作修正,則按所測(cè)測(cè)量端和參比端間的熱電動(dòng)勢(shì)e(t,38)=29.90 mv查k型分度表得對(duì)應(yīng)的爐溫為718℃,與實(shí)際爐溫755℃相差37℃,由此產(chǎn)生的相對(duì)誤差約為5%。由此可見(jiàn),如果不考慮參比端溫度修正和補(bǔ)償,有時(shí)將產(chǎn)生相當(dāng)大的(溫度)測(cè)量誤差。