工業熱電偶冷端補償及檢定技術研究

江飛 冉啟文 謝剛旭 楊舟洲

摘 要：本文主要針對工業熱電偶的冷補償以及分類方法做了簡單介紹。在實際應用過程中，工業熱電偶的參考端有特定的檢測方法，為方便更多人了解工業熱電偶的正確使用方法，作者在文章中簡明闡述了依據國家相關標準所使用的特殊的檢定裝備以及檢定方法。對工業熱電偶進行規范化檢定可以有效保證工業量值的準確性，從源頭上把控產品的質量。

關鍵詞：熱電偶;檢定裝備;冷端補償

溫度作為七個基本國際單位物理量之一，溫度直接影響著火力發電機組運行的穩定與否。溫度計量工作者必須在日常工作中認真把握溫度的數值，準確傳遞相關信息，從而保障火力發電機組的正常運行，維護我國電力安全。在實際應用過程中，工業熱電偶參考端溫度不穩定，會導致測量數據不準確，影響設備的整體使用，可以利用補償導線或參考端溫度補償器等解決該問題。

1 熱電偶冷端補償

工業用熱電偶的工作原理是利用前端溫度與冷端溫度的差值判斷當前溫度，要保證熱電偶所測量數據的準確性就必須將冷端溫度維持在規定范圍內。工業用熱電偶的參考端溫度應該維持在0度，然而實際使用過程中，由于環境因素和人為因素，參考端溫度很難達到0度，因此應該采用一些數學補償或邏輯修正的方法，除去冷端溫度不穩定造成的數值偏差問題，目前被大量用于實際使用的方法主要有：冰點法、溫度補償法、補償導線法以及電橋補償法。

1.1 冰點法

冰點法是指在使用時將熱電偶的冷端置于0度冰水中，使冷端溫始終維持在0度附近，然而該方法操作難度性較大，因此僅被使用于實驗室當中。

1.2 溫度補償法

若當前熱電偶所測量出的前端溫度為t而冷端溫度為t0，該熱電偶當前輸出電勢為E（t，t0）。依據工業熱電偶的工作原理，可以利用數學轉換方法將熱電偶的輸出電勢轉化為冷端為0度的數值即E（t，0）=E（t，t0）+E（t，0）。使用該方式首先要取得熱電偶的冷端溫度t0，然后查詢分度表，尋找E（t，0）參考上述公式計算得E（t，0）再次查詢分度表取得相應溫度值。該方法被廣泛應用于實際公益活動過程中。

1.3 補償導線法

在實際應用過程中，可以利用物理屬性與熱電偶相類似的導線，將熱電偶的冷端與設備的接線端相連接，該過程使用的導線僅僅是將熱電偶的冷端與固定溫度環境下的接線端相連接，導線本身無法去除熱電偶冷端溫度的不確定性，因此不具有補償的作用。所以在使用該方法時要使同時使用冰點法或熱電勢補償法等方法更正冷端非0引起的數值差異問題。

2 熱電偶的檢定

新生產的熱電偶為保證測量數據的準確性必須在生產過程中進行嚴格的檢定程序，測量合格后方可進入市場流通。大多數熱電偶的熱電屬性會因為自然環境、人為因素等影響產生一定的改變，因此，工廠必須針對熱電偶進行定期檢測，檢測達標后方可繼續使用，否則應該盡快更換熱電偶。

2.1 主要檢定設備

貴金屬熱電偶的主要檢定裝備在此不多贅述，同類型的廉金屬熱電偶主要檢定儀器通常包括：

①一等、二等標準的鉑銠10-鉑熱電偶各1個;一套量程-30-到300℃的二等標準水銀溫度計，二等標準鉑電阻溫度儀一組;②一組精準度高于0.02級、最小步進值小于1V的低電勢直流電位差計，也可以使用同等級別的其他儀器進行替代;③寄生電勢≤1μV的多點轉換開關;④參考端恒溫器，恒溫器內溫度控制在0 ℃，容差0.1;⑤有效工作空間里的溫差不高于0.2℃的定溫油槽;⑥符合檢定標準的管式爐及控溫裝置。

2.2 常規的檢定手段

目前最常使用的熱電偶溫度計的檢定方法是比較法，該方法將待檢熱電偶與標準熱電偶進行對比，把標準熱電偶及待檢熱電偶共同放置于檢定爐中，將熱電偶的測量端放置于爐內溫場均勻的空間，然后依據相關流程進行檢定。目前通常使用的比較方法是雙極法和同名極法。

2.2.1 雙極法

雙極法是指在所有檢定點都對標準熱電偶以及待測熱電偶進行電勢測量，然后利用數學公式計算出待測熱電偶的數值。將爐內溫度上升至檢定點后，待溫度穩定一段時間，依次測量各個熱電偶的熱電勢，最少進行四次測量。雙極法測定熱電偶的公式中，e t表示的是標準熱電偶所定義的設置熱電勢值;De t表示的是在檢測點附近所測量到的熱電偶的熱電勢算術平均值與標準熱電偶該數值之間的差值。

2.2.2 同名極法

同名極法主要應用于同類型的熱電偶檢定過程中。將待測熱電偶的電極同測量設備的“+”口連接，標準熱電偶的電極同測量設備的“-”口連接。將標準熱電偶與待測熱電偶一同放置于檢定爐內。爐內溫度上升至檢定溫度并保持一定時間后進行測量，最少進行四次測量。

3 結束語

熱電偶溫度測量儀被廣泛應用于工業生產過程中，在石油加工、化學、能源、軍工以及航天等領域皆可見到它的身影，除此之外，它還被應用于科研儀器醫學設備、家用電器以及汽車制造等。

作者簡介：

江飛（1969- ），助理工程師，四川廣播電視大學，大專。