温度测量与热电偶冷端补偿

热电偶测温的基本原理: 两个不同导体A与B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(设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A和B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。

热电动势的测量: 热电动势包括接触电势和温差电势。温差电势远比接触电势小，可以忽略。这样闭合回路中的总热电势可近似为接触电势。根据实验数据把热电势EAB(T，T₀)和温度T的关系绘成曲线或列成表格(分度表)，则只要用仪表测得热电势，就可以求出被测温度T。

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A，B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A、B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。

有很多种可用于测量温度的热电偶类型，它们的温度电动势特性如下图:

下表总结了典型的热电偶类型及其优缺点:

类型	优点	缺点
B	适用于1000℃或以上的高温测量。 室温下具有非常低的导热性，无需补偿导线。 极好的耐酸性和耐化学性。	中低温范围内导热性低，600℃或600℃以下时无法进行测量。 低灵敏度。 低温差电动势线性。 价格昂贵。
R/S	高精确性和低变更、低退化性。 极好的耐酸性和耐化学性。 可作为标准使用。	低灵敏度。 易受还原气氛影响(尤其是氢气或金属蒸气)。 导致重大的补偿导线错误。 价格昂贵。
N	具有极好的温差电动势线性。 在1200℃或1200℃以下具有极好的耐酸性。 不受短程排序影响。	不适用于还原气氛。 与贵金属热电偶相比，易遭受大的长期的改变。
K	具有极好的温差电动势线性。 在1000℃或1000℃以下具有极好的耐酸性。 在贱金属热电偶中具有极好的稳定性。	不适用于还原气氛。 与贵金属热电偶相比，易遭受大的长期的改变。 易受短程排序导致的错误影响。
E	是当前最灵敏的热电偶。 具备比J类型更好的耐热性。 两个支架都是无磁的。	不适用于还原气氛。 有轻微磁滞现象。
J	可用于还原气氛。 导热性高出K类型约20％。	正极(“+”)铁支架易生锈。 特性不稳定。
T	具有极好的温差电动势线性。 在低温下仍有很好的特性。 质量变化小。 可用于还原气氛。	低使用限制。 正极(“+”)铜支架易氧化。 导致重大的热传导错误。