3.2 热电偶自由端温度的补偿（课件）-高一《传感器及应用》同步精品课堂（高教版—第2版）

3.2 热电偶自由端温度的补偿 传感器及应用 第一章 常用低压电器 1 学习目标 知识目标 熟悉和掌握热电偶自由端温度的补偿的方法和主要内容。 能力目标 理解和运用温度补偿方法、常用的国产冷端补偿器性能和热电偶的应用等内容进行掌握。 情感目标 注重基本概念、基本原理、基本方法的阐述，并考虑中等职业教育的特点，避免了理论推导，增强了实际应用等方面的知识。 新课导入 思考：分小组总结常用热电偶补偿导线的特性。 新知学习 一、热电偶自由端温度的补偿 热电偶在测温过程中，为了保证输出热电动势仅与被测温度有关，必须保持自由端(冷端)的温度恒定。一般热电偶的分度表(即温度与热电动势关系的对应数据表格，见附录六、 附录七)和根据分度表刻度的显示仪表都是以热电偶的自由端温度等于0℃为条件的，使用 时必须遵守这一条件。如果自由端温度不是0℃(实际使用中确实如此),尽管被测温度不变，热电动势E(t,t₀)也将随自由端温度t₀而变化。 新知学习 1. 温度补偿方法 (1)仪表调零修正法 当热电偶与动圈式仪表配套使用时，若热电偶的自由端温度t₀基本恒定，对测量精度要 求又不高时，可将仪表的机械零点调至热电偶自由端温度t₀的位置上，这相当于在输入热电偶的热电动势 Em(t,to)前先给仪表输入一个热电动势E(t,0℃)。 一、热电偶自由端温度的补偿 新知学习 1. 温度补偿方法 这样，仪表在使用时所指示的值即为Em(t,to)+E(t,0℃)。进行仪表机械零点调整时，首先应将仪表的电源和 输入信号切断，然后用螺丝刀调节仪表面板上的螺丝使指针指向t₀的刻度上。此法虽有一些 误差，但非常简便，在工业上经常采用。 一、热电偶自由端温度的补偿 新知学习 1. 温度补偿方法 (2)自由端温度自动补偿 上述方法是要求在恒定自由端温度t₀ 的条件下得以实现的。若此条件不能满足，或要求 被测温度的信号立即传入控制装置，以便进行实时控制时，这一方法就难以实现。 一、热电偶自由端温度的补偿 新知学习 1. 温度补偿方法 如果在热电偶与仪表之间接入一个补偿装置，这个补偿装置在热电偶自由端温度为t₀时，产生一个电动势为Eᴀ(t,0℃),并随t变化而相应改变，这样就可实现热电偶自由端温度的自动补偿。 一、热电偶自由端温度的补偿 新知学习 1. 温度补偿方法 (3)电桥补偿法 电桥补偿法是最常用的自由端温度自动补偿的方法。它是利用直流电桥的不平衡电压来补 偿热电偶因自由端温度变化而引起的热电动势变化值。 一、热电偶自由端温度的补偿 新知学习 1. 温度补偿方法 图中R用铜丝绕制R₁、R₂、R₃用锰铜丝绕制。当自由端温度增大时，由于R的增加，使电桥输出的不平衡电压 增加，以补偿热电偶热电动势的减小。电桥平衡点一般设在温度为20℃时，当自由端温度偏离20℃时电桥将产生不平衡电压。所以，采用这种电桥需把仪表的机械零位调整到20℃处。若电桥是按0℃时设计平衡的，则仪表零位应调在0℃处。 一、热电偶自由端温度的补偿 新知学习 1. 温度补偿方法 用于电桥补偿法的装置称为热电偶冷端补偿器。 一、热电偶自由端温度的补偿 型号 配用热电偶 温度补偿范围/℃ 电桥平衡时温度/℃ 电源/V 内阻/Ω 功能/W 补偿误差/mV WBC-01 铂铑-铂 0～50 20 ~220 1 <8 ±0.045 WBC-02 镍铬-镍硅(铝) ±0.16 WBC-03 镍铬-考铜 ±0.18 WBC-57-LB 铂铑jφ-铂 0～40 20 4 1 <0.25 ±(0.015+0.0015△t)⁴ WBC-57-EU 镍铬-镍硅(铝) ±(0.04+0.004△t) WBC-57-EA 镍铬-考铜 ±(0.065+0.0065△t) 新知学习 2. 补偿导线，延引电极 一、热电偶自由端温度的补偿 为了使热电偶自由端不受高温热源的影响，自由端温度基本保持恒定或波动较小，可把热 电偶做得很长，这样势必引起使用贵重金属热电偶的成本加大。所以人们往往采用在一定温度 范围内(0～100℃)与工作热电偶的热电特性相近的材料制成导线，用它将热电偶的自由端延长至所需要的地方，这种方法称为延引电极法，或称为补偿导线法，这样的导线称为补偿导 线。 新知学习 2. 补偿导线，延引电极 一、热电偶自由端温度的补偿 用补偿导线制成的热电偶与工作热电偶相连，它既可把工作热电偶的原自由端延长到新的 自由端，节省了贵重金属，又不会由于引入该导线而给工作热电偶带来测量误差。可见，使用补偿导线仅起延长热电偶的作用，不起任何温度补偿作用，将其称为“补偿导线”是名不副 实的习惯用语。 新知学习 2. 补偿导线，延引电极 一、热电偶自由端温度的补偿 常用热电偶补偿导线的特性 配用热电偶(正-负)