在熱電偶測溫系統中，冷端(參比端)補償是影響最終測量精度的關鍵因素之一，其主要原理是對熱電偶的參比端溫度進行獨立測量，并将該溫度作為參考，與儀表設備端測量值進行對比，利用公式法或查表插值法得到熱電偶測量端的溫度。聚英電子綜合整理了目前常見的幾種熱電偶冷端補償方法，已進行了分析，說明其在實際應用中的優劣及适用性，并提出一種新的适用補償方式。

溫度采集模塊 GPRS-AI16PT8

　　在工業應用中，獲知環境或設備工作溫度常常是必須的，這也使得溫度成為測量最頻繁的一種物理量。目前常用的溫度測量手段包括熱電偶、熱敏電阻、熱電阻、集成溫度傳感器芯片等。熱電偶是其中應用最為廣泛的一種，其原理是将溫度變化轉換為電量變化，通過對電量變化檢測，後根據熱電偶分度表對應關系得到測量溫度。

　　一、熱電偶測溫特性

　　實際上，熱電偶已成為在合理精度要求範圍内，具有高性價比的寬範圍工業測溫方法。

　　①測溫範圍廣：目前的标準熱電偶有8種，根據所使用的金屬材質，其測溫範圍從-200℃至 2500℃，适用于大多數應用;

　　②堅固耐用：熱電偶的抗振動沖擊性質能較好，可用于惡劣環境;

　　③安全性：熱電偶無需外部激勵源，幾乎不會自發熱，使用比較安全;

在實際測量溫度應用中，冷端溫度很難維持在熱電偶分度表中标定的0℃，而且會變化。因此僅根據分度表中的溫度、電壓對應關系得到的測量端電勢往往是不準确的。且熱電偶的溫度-電壓特性曲線本身還具有一定的非線性。因此，要精确得到測量端溫度，必須解決冷端溫度的不确定性帶來的誤差。

溫度傳感器 PT100

　　二、冷端溫度補償

　　在熱電偶測溫系統中，需要根據冷端溫度，得到測量端溫度，這一過程稱為冷端溫度補償。目前的冷端補償方法，從測量設備的角度劃分，可分為外部賠償法和内部補償法。

　　2.1外部配補償

　　外部補償是指在測量設備的外部獲知熱電偶冷端溫度，進行補償。采用的方式有如下幾種：

　　2.1.1 外部溫度變送器方式

　　溫度變送器，是一種配合熱電偶使用，将熱電偶的溫度信号轉換成1-5VTDC或4~20mA電流的設備，用戶測量設備端根據接收到的電流或電壓，得出熱電偶的測量電壓，而後根據測量電壓對比分度表進行查表或公式法，得到測量溫度值。

　　實際應用中，溫度變送器通常安裝在測量設備外部，距離熱電偶測溫點相對較近的位置。其優點在于：

　　①靈活性強，可适應不同類型的熱電偶;

　　②轉換輸出的1~5V或4~20mA電流信号，相比熱電偶本身信号的抗幹擾能力大大加強;

　　③測量設備端，降低信号調理複雜程度;

　　④溫度變送器與測量設備端可用普通導線，降低成本。

但缺點也比較明顯①溫度變送器需要外部供電，增加電源設計複雜性;②在環境惡劣區域，如濕熱、酸性、鹽霧環境中，溫度變送器不适宜。因此，使用溫度變送器可用于一般中性環境及濕度在正常水平的環境中。

溫度變送器方式

　　2.1.2外部熱電阻補償方式

　　在熱電偶(或電極)補償線與測量設備輸入引線的連接點處，安裝熱電阻(RTD)，進行實時測溫，并将熱電阻信号傳回測量設備。

　　該方式特點如下：

　　①成本較溫度變送器方式低;

　　②靈活性強，可适應各類熱電偶;

　　③熱電阻測溫的精度較高，使得冷端補償精度提高。

　　相應地，該方式多了一路熱電阻輸入信号，會增加測量設備采集通道;且在冷端連接點處固定熱電阻，需要根據使用環境考慮，并非一件簡單的事情。但綜合來看，其比較容易實現。

　　2.1.3冷端固定溫度補償法

　　該方式，也稱為冷端恒溫法，将熱電偶冷端引入到一個溫度恒定的區域，測量設備的輸入端也用普通導線引至該溫度恒定的區域，并與冷端相連。

　　冷端恒溫法，在實際應用中，決定其補償效果的關鍵因素有兩點：

　　①恒溫區的設計，如何确保恒溫以及積熱處理;

②恒溫區與測溫點、測量設備的距離，距離太長(通常≤30m)，也會影響補償精度。

冷端固定溫度補償法

　　2.2内部配補償

　　内部補償，是在測量設備的内部進行溫度補償，所以、需要将熱電偶通過補償導線連至設備内。具體方法，可采用集成溫度傳感器芯片方式、電橋法、熱敏電阻等實現。

　　冷端溫度補償器可選用具有溫度補償功能的運算放大器，如 ADI 公司的 AD8495、AD594等芯片。AD8495是專用于型熱電偶補償的集成芯片，采用該芯片，則信号鍊設計簡單，無需軟件進行額外處理。

　　這類方式的優點：

　　①降低熱電偶采集信号鍊設計複雜程度;

　　②對幹擾信号具有很高的抑制能力;

　　③可從硬件上進行非線性校正，提高精度。

　　但是這種方式存在很明顯的缺點，集成溫度傳感器的運放，并不能适應多種熱電偶，通常隻能适應1到2種，局限性較大;此外，在内部補償的另一個缺點是，補償線需要引入到 PCB 闆上連接，實際設計時需要考慮結構上的實現性，若測量設備為密封腔體，那麼将補償導線直接接到設備内的采集闆卡上，不易實現。

　　2.3内外結合的補償方式

　　在工作環境比較複雜、惡劣的情況下，文中所述的濕熱、腐蝕性環境，此時測量設備通常會要求密封、耐腐蝕等。從電氣和結構上考慮，采用單一的外部或内部償方式難以滿足要求。為解決該問題，提出一種将内部蔔償與冷端恒溫補償法結合并進行計算修正的方式。

　　外部仍然采用補償導線，連接至密封測量設備的表面連接器，連接器針腳材質可選用與補償導線一緻的;在密封設備内部，即連接器内側設置獨立的腔體，該腔體将連接器包裹在内，同時采用隔熱材料與設備内發熱部分(主要是闆卡)隔開;獨立腔體内，設計數字溫度傳感器芯片，實時采集連接點溫度，并傳給設備的數據處理單元，進行計算修正;獨立腔體與設備采集模塊之間通過柔性帶纜或排線等導熱性能低的材料連接，以确保獨立腔體内溫度變化緩慢。然而，本設計也存在一些不足，一是對熱電偶的型号适應性有限制，二是測量設備結構設計較為複雜。

　　三、結論

　　在熱電偶測溫系統中，冷端補償是設計者最為關注的一點，其方法演變至今已有多種。目前的補償方法并不能适用于所有的情況。根據分析結果，針對具有特殊要求的使用環境如濕熱、腐蝕性等，本文提出了一種補償設計方法，并進行了簡要設計說明。　　

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