横河大学：冷端补偿和热电偶响应时间的简要说明

人生几何愁 · 发表于 2020-8-2 14:18:35

　　基于热电偶的测温原理，冷端补偿是热电偶测温时的必须要素，但在实际应用中却很容易被忽略，如何保证冷端补偿的精度是保证热电偶测温精度的一个重要考量。另外，在快速温度测量应用中，我们往往对采集器等二次仪表的采样周期很关注，但是却忽略了与之匹配的热电偶的响应时间，错误选取热电偶从而影响实际测温效果。以下我们对冷端补偿和热电偶响应时间的相关内容做一个简要说明。

　　冷端补偿

　　冷端补偿主要分为内部补偿和外部补偿。内部补偿原理图如图1所示。

　　

　　图1 内部补偿原理

　　内部补偿即记录仪等二次仪表提供冷端补偿，为了保证内部冷端补偿精度，除了采用高精度的测温传感器以外，如何实现端子等温化也非常重要。横河记录仪通过温度传感器(晶体管)的最佳配置和使用金属芯印制板的制作工艺(见图2)保证端子等温化。即便如此，当端子(测量仪表)放置环境温度产生剧烈变化，对热电偶测温结果也会产生较大的影响，因此，保证测量仪表放置环境稳定至关重要。

　　

　　图2 金属芯印制板工艺

　　外部冷端补偿原理如图3。可以使用外置电子冰点补偿器(ZERO-CON)进一步提高测温精度。注意外置补偿器和测量仪器之间的接线是普通导线而非热电偶线。

　　

　　图3 外部补偿原理

　　热电偶响应时间

　　热电偶响应时间主要由热电偶线径和热电偶前端加工类型决定。热电偶前端类型如图4主要有露出型、接地型和绝缘型三种。

　　

　　图4 热电偶前端类型比较

　　可见较常用的绝缘型热电偶和其他两种相比响应时间较慢，但是在抗干扰性方面有优势。热电偶前端加工类型和线径与响应时间的定量关系，不同温度传感器厂家有其特定的描述。例如图5是美国OMEGA热电偶(接地型/露出型)在特定测试条件下的线径和响应时间对应关系。若是选择绝缘型热电偶，响应时间常数应乘以1.5。响应时间定义为达到瞬时温度变化63.2%所需的时间。测试条件为室温、大气压力下空气流速为每秒20m。在高速测温的应用中，测量仪器采样时间和热电偶的响应时间要互相匹配。

　　

　　图5 OMEGA热电偶线径和响应时间对应关系

横河大学：冷端补偿和热电偶响应时间的简要说明

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