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 經(jīng)常使用熱電偶的人可能也并不是那么了解熱電偶冷端（參考）究竟是如何工作的。為了能夠討論冷端，我們首先需要對熱電偶理論和熱電偶的工作原理做一個簡短的了解。

 ● 冷端或參考端

 熱電偶“冷端”通常被稱為“參考端”，但在我們看來人們更經(jīng)常使用“冷端”這個詞。

 熱電偶是工業(yè)中常見的溫度傳感器。熱電偶的一些優(yōu)點使其得到廣泛應(yīng)用。它們可用于測量非常高的溫度，遠高于電阻式溫度傳感器（RTD）。熱電偶也是一個非常堅固的傳感器，所以它不容易斷裂。盡管熱電偶不如電阻式溫度傳感器準確，但在許多應(yīng)用中它們的準確度足夠達到要求。

 ● 熱電偶是如何工作的

 熱電偶由兩條不同的電導(dǎo)體制成的導(dǎo)線組成，它們的一端連接在一起（“熱”端），這是用來測量溫度的一端。正如1821年托馬斯·約翰·塞貝克（Thomas Johann Seebeck）發(fā)現(xiàn)的那樣，當這些電線的連接點被置于不同的溫度下時，會產(chǎn)生熱電流，從而在開口端的電線之間產(chǎn)生一個很小的電壓。電壓取決于溫度和所用導(dǎo)線的材料。這種效應(yīng)被稱為“塞貝克效應(yīng)”。

 上圖中“熱電偶材料1和2”代表熱電偶所用的兩種不同材料?！癟1”是熱電偶的熱端，即用于測量溫度的點。兩個“TCJ”是冷端的溫度。因為熱電偶絲中的溫度梯度，一直在“熱”和“冷”端之間產(chǎn)生熱電壓。所以，不是連接點產(chǎn)生了電壓，而是沿著電線的溫度梯度產(chǎn)生了電壓。但熱電壓是在冷熱端之間產(chǎn)生的這一解釋更容易被理解。

 ● 熱電偶類型和材料

 有許多類型的熱電偶由不同的材料和合金制造。不同的材料會導(dǎo)致不同的靈敏度，在相同的溫度下產(chǎn)生不同的熱電壓，并會影響其他特性。幾種不同的熱電偶類型已經(jīng)標準化，并為所使用的指定材料提供了名稱。名稱通常非常短，通常只有一個字母,如 K、R、S、J、K 等類型。

 由于不同的熱電偶是由不同的材料制成的，因此熱電電壓也不同，如下圖所示。在同一溫度下，不同類型之間產(chǎn)生的電壓相差很大。

 ● 熱電偶的賽貝克系數(shù)

 如果您想測量較低的溫度，顯然最好使用更敏感的類型，因為它們提供更高的電壓，更容易測量。但如果您需要去高溫，可能要選擇一些不太敏感的類型，可以在極端高溫下使用。賽貝克系數(shù)表示熱電偶的電壓相對于溫度的變化有多大。上圖說明了不同熱電偶之間的不同靈敏度，也解釋了為什么熱電偶校驗儀對于不同類型的熱電偶通常具有不同的精度等級。

 ● 冷端

我們展示了簡化的熱電偶原理圖，顯示兩個不同的導(dǎo)體連接在一起在“熱端”連接中產(chǎn)生了熱電壓。這時候，您會問的大問題應(yīng)該是“電線的另一端呢？”當您測量熱電偶的電壓時，您可以把熱電偶的導(dǎo)線連接到電壓表上。電壓表連接材料通常是銅或銅鍍金的，因此它與熱電偶材料不同，這意味著您在電壓表連接中創(chuàng)建了兩個新的熱電偶！

 在上圖中，材料1和材料2是形成熱電偶的兩個熱電偶材料?！盁岫恕笔撬鼈兒附釉谝黄鸬狞c，這是測量過程溫度的點，也是產(chǎn)生電壓U1的點。這個U1是我們要測量的。在“冷端”點，熱電偶與電壓表相連，電壓表的連接由不同的材料（材料3）制成。只要這些不同材料處于同樣環(huán)境溫度中，它們產(chǎn)生的額外電壓U2、U3對總的熱電壓不產(chǎn)生影響。分度表中的熱電壓是冷端處于0℃時，熱端到冷端的熱梯度產(chǎn)生的電壓集。但實際應(yīng)用中，溫度變送器與熱電偶冷端的環(huán)境溫度絕大多數(shù)情況下不是0℃。所以，在使用分度表計算熱端溫度時必須去除冷端溫度所產(chǎn)生的影響，也稱為冷端補償。

 ● 冷端選擇和補償方法

1.冰點槽法

 根據(jù)其性質(zhì)，熱電偶接頭在0°C（32°F）溫度下不會產(chǎn)生任何熱電壓。所以，您可以在那個溫度下連接冷端，例如在冰點槽中或者精確的溫度校準爐中。在冰點槽中將熱電偶導(dǎo)線連接到銅線上，而在連接過程中不會產(chǎn)生熱電壓。那么您就不必擔心冷端了。連接需要與冰槽中的水進行電氣隔離，以避免任何泄漏電流導(dǎo)致錯誤或可能產(chǎn)生腐蝕。這是一種非常精確的方法，校準實驗室通常會這樣做。在工廠，這是不太實際的，所以通常不用于工廠。

2.固定溫度下的冷端

 由于冰槽被發(fā)現(xiàn)是不切實際的，您也可以在已知的、固定的溫度做冷端連接?？梢允褂靡粋€小的接線盒，它有一個溫度控制裝置，使接線盒始終保持一定的溫度。通常情況下，溫度高于環(huán)境溫度，所以箱子只需要加熱，而不需要冷卻。

 當您知道冷端的溫度，也知道熱電偶的類型，就可以計算和補償冷端的熱電壓。許多測量設(shè)備或溫度校驗儀都具有輸入冷端溫度的功能，設(shè)備將為您進行所有計算并進行補償。

3.測量冷端溫度的自動補償

 將其留給測量設(shè)備來自動計算。測量裝置（變送器、DCS輸入卡）可隨時測量冷端溫度，并自動在線補償冷端誤差。由于測量裝置也知道熱電偶的類型，所以可以自動連續(xù)地進行補償。

 這必然是在正常測量和校準中補償冷端的最簡單和最實用的方法，因為您不需要擔心冷端，而是讓設(shè)備來處理。

 ● NCS-TT106的冷端補償

 沈陽中科博微科技股份有限公司的模塊化溫度變送器產(chǎn)品有HART、PROFIBUS PA、FF H1三種協(xié)議。

 支持上述所有冷端補償方式，其中測量冷端溫度的自動補償有兩方法?？梢赃x擇使用NCS-TT106內(nèi)置貼近接線端子的溫度傳感器，也可以選用外接的鉑電阻溫度傳感器。內(nèi)置溫度傳感器的溫度測量精度為±0.5℃,外接PT100鉑電阻溫度傳感器時，溫度測量精度為±0.15℃。

沈陽中科博微科技股份有限公司

                                                                                                        產(chǎn)品事業(yè)部    2023.05.04