补偿导线法
传感器与检测技术：热电偶冷端温度补偿
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热电偶冷端温度补偿
补偿方法 （1）补偿导线法 （2）热电偶冷端温度恒温法 （3）公式修正法 （4）显示仪表的机械零点调整法（已淘汰） （5）补偿装置法
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热电偶冷端温度补偿
１.补偿导线法
组成：补偿导线合金丝、绝缘层、屏蔽层和护套。
作用：实现了冷端迁移，延长热电偶冷端 降低了电路成本。
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线性插值法反查K型热电偶分度表 T=701.5℃
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热电偶冷端温度补偿
案例
用K型热电偶测量温度时，其仪表指示为520℃，而冷端温度为25℃，则实际温度 为545℃，对吗？为什么？正确值为多少？
解：不对。其仪表指示为520℃，是认为冷端为0℃测量，而实际测量时冷端温度 为25℃，没有进行冷端温度补偿。
提问：请说出你的实 验桌上热电偶与补偿 导线的型号，及正负 极？
＋＋ ＋
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热电偶冷端温度补偿
２.热电偶冷端温度恒温法
适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用。
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热电偶冷端温度补偿
3.公式修正法
在实际应用中，热电偶的冷端往往不是０℃，而是环境温度，这时测 量出的回路热电势要小，因此必须加上环境温度与冰点之间温差所产 生的热电势后才能符合热电偶分度表的要求。
注：补偿装置做入卡件或数字显示仪表中。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
由计算机系统的输入卡件或数字仪表的输入电路来处理并转换成数字 信号经接口送入计算机，并采集卡件处温度t0进行补偿处理后再显示或控 制。
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02
热电偶测温系统
基本测温系统 热电偶+补偿导线+模拟显示仪表（机械调零） 热电偶+补偿导线+数字显示仪表（自带冷端温度补偿）
热电偶的补偿导线问题
二是设备制造商在安装热电偶
时，用的连接线即为普通
导线，而在使用者角度总认为设备安装人员都是专业人员，做法总是正确的，没能引起应有的怀疑。
如果补偿导线作为热电偶的延长，就不考虑热电偶冷端温度则热电偶输入仪表总热电势E=E(t1,t3)=E(500,20)=E(500,0)-E(20,0)=20.644mV-0.789mV=19.855mV。
两种结果是一致的，由于规定使用补偿导线的前提条件是补偿导线与热电偶在0—100℃时的热电特性一致，就是相当于热电偶的延长，如果热电特性不一致，将产生附加误差，造成测量不准。另外根据热电偶的测温原理可知，热电偶测温只与测量端与参考端的温度有关，而与中间温度无关，使用补偿导线就是将热电偶的参考端延长至仪表接线端子处，以便于冷端补偿。
为了统一热电偶材料并进行规范，国家有关标准规定了组成热电偶材料A、B的成分、纯度，并且给出了A、B材料的组合形式，统一用一个字母命名型号，如K型、S型等。为了使用方便，将各种型号的热电偶温度值与电势关系，统一为相对于0℃时的电势值，这里用T0表示，制成各种型号的热电偶分度表，便于查阅和计算。
这样相对于图1中的形式，公式（1）转化为
4）、由于补偿导线与热电偶材料热电特性并不完全相同，所以要求连接处的两个接点温度相同，否则将引入测量误差。
5）为便于安装，可选用多股补偿导线，也可以根据需要选用防水、防腐、防火的补偿导线。
6）、用粗直径和导电系数大的补偿导线，可以减小热电偶回路的电阻，利于仪表正常工作和自动控温。
以上为1987年的计量技术初级教材的内容.
2）、可节省大量价格昂贵的金属材料，如铂铑10-铂热电偶，可选用廉家属铜-镍铜补偿导线。
《传感器与检测技术》-题库分析
《传感器与检测技术》题库一、填空：1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。
2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。
3.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab （T ，To ）=T B A TT BA 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ⎰+-。
在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。
4.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。
相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。
（2分）5. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）6. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的7 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。
8、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。
9、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。
10、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。
11、传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件 和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。
补偿导线
热电偶补偿导线已经广泛用于热电偶温度测量中。
如果了解了热电偶补偿导线的原理、功能、作用方法和注意事项,就能充分发挥热电偶补偿导线的作用,否则就会适得其反。
在工业生产中,虽然热电偶作为温度传感器,已经广泛使用于温度测量和控制,人们对此也比较熟悉,但如果在使用中不注意正确的使用方法,就会给测温和控温造成很大的偏离,严重时会直接造成经济损失,所以应该引起重视。
一、热电偶的测温原理简介由2种不同均质材料A、B组成的回路称为热电偶。
A、B材料两端连接的接点分别用J1、J2表示,如果J1、J2的接点温度T1和T2不一样,在回路中就会产生电势,通常称为热电势。
当A、B的材料一定时,热电势的大小取决于T1、T2之间的温度差,用公式表示为EAB(T1,T2)=eAB（T1）+eBA（T2）=eAB（T1）-eAB(T2) (1)式中：EAB（T1,T2）———材料为A、B的热电偶,接点温度T1、T2之间的温差电势。
eAB（T1)———A、B接点温度为T1时的电势。
eAB（T2）、eBA（T1）———A、B接点温度为T2时的电势,这2项大小相等,符号相反。
为了统一热电偶材料并进行规范,国家有关标准规定了组成热电偶材料A、B的成分、纯度,并且给出了A、B材料的组合形式,统一用一个字母命名型号,如K型、S型等。
为了使用方便,将各种型号的热电偶温度值与电势关系,统一为相对于0℃时的电势值,这里用T0表示,制成各种型号的热电偶分度表,便于查阅和计算。
这样相对于图1中的形式,公式（1）转化为EAB（T1,T2)=EAB（T1,T0）-EAB（T2,T0）(2)公式（2）就是我们目前使用的实用公式,只要知道T1、T2,可以从分度表中查出EAB（T1,T0）和EAB （T2,T0）。
二热电偶补偿导线首先我们来分析热电偶的连接导体定律和中间温度定律。
实际应用中,测量和控制仪表与热电偶总是有一段距离。
中间的材料C、D也是2种均质材料,根据热电偶的中间导体定律,可以导出测量的总电势EZ的表达式为：EZ=EAB（T1,T3）+ECD（T3,T2）（3）式(3)就是热电偶连接导体定律。
传感器与检测技术习题库(1)
《传感器与检测技术》习题库一、填空题1.国际电工委员会将直流电流信号和直流电压信号确定为过程控制系统电模拟信号的统一标准。
2.热电偶产生的热电动势不仅与热端温度有关，还与冷端温度有关，因此使用热电偶时必须进行冷端温度补偿,常用的方法有冷端恒温发、冷端温度校正发、补偿导线发。
3.电阻应变片最重要的参数（技术指标）是应变器的电阻值。
4.音乐贺卡中的压电片是利用逆压电效应而发声的。
5.霍尔传感器的原理是霍尔效应，霍尔电动势 =(公式)。
6、压电式传感器的工作原理是压电效应。
7、仪表的精度等级是用仪表的准确度等级来表示的。
8、热电偶所产生的热电动势是温差电势和接触电势_组成。
9、电阻应变片最重要的参数（技术指标）是应变器电阻值。
10、常见的测角位移的传感器是电容式角位移传感器。
11、对于数字式仪表，灵敏度用分辨力表示，通常取数字式仪表最后一位数字所代表的值。
12、光纤的基本结构是由纤芯、包层和保护套构成的，满足光纤信号的传输必须满足全反射（现象）条件。
13、热电偶的热传感器主要组成材料有镍铬-镍硅、铂铑—铂和铜-铜镍等。
14、热电偶所产生的热电动势是接触式电动势和温差电动势组成。
15、电阻应变片式传感器使用应变效应为基本原理，那么应变效应中的电阻值R的大小跟电阻式材料长度、电阻率和截面积直接相关。
16、当电阻式应变片中的金属丝受拉伸时，将会导致电阻R变大。
17、电阻应变片传感器主要由电阻应变片和应变电桥组成，其中应变电桥的作用是________。
18、光电传感器利用光电的转换原理有内光电效应、外光电效应和光生伏特效应。
19、光敏二极管一般装在透明的玻璃外壳中，在电路中当有光照时，二极管将导通。
20、光敏三极管的光敏接收元件为光敏三极管的集电极。
21、请画出光敏三极管的电路符号光敏二极管的电路符号22、在实验中利用光电传感器测量电机的转速，一般有两种不同的测量方法，分别直射式光电传感器和反射式光电传感器，光电传感器输出的波形为矩形波形。
热电偶补偿导线使用方法
热电偶补偿导线使用方法摘要:探讨热电偶补偿导线的应用机理,热电偶补偿导线的补偿作用与导线的连接、选材、温度及导线长度有关。
众所周知,热电偶补偿导线是一对化学成分不同的金属导线,在一定温度范围内与其所配接的热电偶具有相同的温度———热电势关系。
热电偶与二次仪表之间利用补偿导线连接,如果极性接得正确,就相当于热电极延长,使热电偶的冷端延长到温度较低(最理想的温度是0℃)且稳定的场合,以便进行冷端温度补偿,从而达到精确测温的目的。
而补偿导线的价格却比相应的热电极便宜得多。
目前,热电偶补偿导线在工业测温中已得到广泛的应用,且收到了比较满意的效果,但仍存在一些问题。
为此,本文作者就补偿导线的应用机理从几个不同的角度进行分析论证。
1补偿导线的补偿作用补偿导线的补偿可用中间温度定律证明。
设热电偶两热电极的材料分别为a与b,补偿导线的材料分别为a′和b′,4种材料与二次仪表构成一个闭合的测温回路,正确的接线方法应是a′与a相接,b′与b相接,如图1所示。
回路的总热电势包括两部分,即各结点的接触电势(也称珀尔贴电势)和各种材料自身两端温度不同而出现的温度差电势(也称汤姆逊电势)。
由电子理论可知,a与b结点在t温度下的接触电势为pab(t)=(kt/q)ln(na/nb),依此类推可得b与b′、b′与a′、a′与a诸结点在相应温度下的接触电势分别为式中:t、tn、t0为各结点的温度(k)。
na、nb、na′、nb′为热电极和补偿导线各自的自由电子密度。
q为电子电荷量(4.802×10-10绝对静电单位)。
k为波尔滋曼常数,1.38×10-16尔格/度。
回路中热电偶和补偿导线的汤姆逊电势的代数和分别为:式中:σ为汤姆逊系数,表示温差为1℃时所产生的电势值。
实验证明,回路中汤姆逊电势的代数和很小,可忽略不计,故整个测温回路中只考虑珀尔贴电势。
由中间温度定律可得回路总热电势为:而又:上式的结果说明,热电偶和补偿导线组成的回路中,在结点温度为t、tn、t0时,其总热电热等于热电偶在两端温度为t与tn时的热电势和补偿导线在两端温度为tn与t0时的热电势之代数和,因在一定温度范围(0~100℃)内,补偿导线的热电特性与所配电偶的热电特性一致,即ea′b′(tn,t0)=eab(tn,t0),可得:eabb′a′(t,tn,t0) =eab(t,tn)+eab(tn,t0)=eab(t,t0)。
热电偶补偿导线接线方法
热电偶补偿导线接线方法
热电偶补偿导线的接线方法有以下几种：
1. 两存放热电偶的接线端子分别与两根补偿导线的接线端子相连接，形成一个平行电路。
这种接线方法适用于远距离传输信号的情况，可以减小传输误差。
2. 两存放热电偶的接线端子分别与两根补偿导线的接线端子对调连接，形成一个串联电路。
这种接线方法适用于接线距离较短、要求较高的场合，可以提高信号的传输性能。
3. 单一热电偶的两个接线端子与一根补偿导线的两个接线端子连接，形成一个串联电路。
这种接线方法适用于只需要保护一个热电偶的情况，可以减少工程成本。
需要注意的是，热电偶补偿导线的接线端子应该保持良好的接触状态，接线点要牢固可靠，以免产生接触电阻导致信号衰减或干扰。
另外，还要注意避免接线点遭受外界干扰，如机械振动、电磁辐射等，以免影响信号的准确性。
补偿导线原理
由热电偶的测温原理可知，热电偶产生的热电势与热端（又称测量端）、参比端（又称冷端）的热电势有关，只有参比端温度t1 为零或恒定不变，热电势才是热端温度的单值函数（见图1）。
如果不补偿的话，则热电偶的参比端温度与仪表接线端温度t2间的温差t1-t2越大，测量误差也越大。
由于大多数热电偶的热电势与温度的关系近似线性，所以造成的测量误差大致等于上述温差。
以K 分度号的镍铬-镍硅热电偶为例，当t1=50℃，t2=20℃时，如热端温度为1000℃，则显示温度仅969℃，误差达31℃。
实际应用时，由于热电偶参比端的接线盒通常暴露在大气中，温度变化较大，如不采取措施，接线盒内温度既不可能为零，也不可能保持某个温度恒定不变，由此引起测量误差。
由于与热电偶相连的二次仪表（如显示器、记录仪）、I/O插卡等均带环境温度补偿，可对这些装置与热电偶的接线点（即仪表接线端）温度t2进行补偿。
由此可见，关键是如何对热电偶的参比端温度t1 进行补偿。
目前有多种参比端补偿方法，如恒温法、补偿电桥法、补偿热电偶法、补偿导线法等，但最常用的就是补偿导线法。
本文首先叙述补偿导线的原理和分类，然后介绍补偿导线应用中通常需要了解的几个问题。
二、补偿导线的工作原理及分类1、补偿导线的工作原理在一定温度范围内，热电性能与热电偶热电性能很相近的导线称为热电偶的补偿导线。
按热电偶中间温度定则，热电偶测温回路的总电势值只与热端和参比端的温度有关，而不受中间温度变化的影响，所以可用与热电偶材料相匹配的补偿导线来代替需要延伸的贵重热电偶材料，将参比端由热电偶接线盒延伸到仪表接线端，由补偿导线对原参比端温度进行补偿。
补偿导线除了可减少测量误差外，还有以下优点：可改善热电偶测温线路的物理性能和机械性能，如采用多股线芯或小直径补偿导线可提高线路的柔韧性，使连接方便，也易于屏蔽外界干扰；可降低测量线路成本。
2、补偿导线的分类从原理上分延长型和补偿型，延长型其合金丝的名义化学成分与配用的热电偶相同，因而热电势也相同，在型号中以"X"表示，补偿型其合金丝名义化学成分与配用的热电偶不同，但在其工作温度范围内，热电势与所配用热电偶的热电势标称值相近，在型号中以"C"表示。
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温度补偿——补偿导线
设计思想
热电偶补偿导线的作用
只起延伸热电极，使 热电偶的冷端移动到 控制室的仪表端子上， 它本身并不能消除冷 端温变化对测温的 影响，不起补偿作用。
补偿导线只是移动了 冷接点的位置，当该 处温度t0≠0℃时，还 需采用其他修正方法 来补偿冷端温t0≠0℃ 时对测温的影响。例 如： 1.冷端温度恒温 法 2.计算修正法
谢 谢！
————End
桥法、补偿热电偶法、补偿导线法等，但最常用 的就是补偿导线法。
为什么要温度补偿？
温度补偿
热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差， 为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使 冷端温度保持恒定；
热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依 据，否则会产生误差。
由于热电偶的材料一般都比较贵重，而测温点到仪 表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本， 通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸 到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上
补偿导线工作原理
在一定温度范围内，热电性能与热电偶热电 性能很相近的导线称为热电偶的补偿导线。
按热电偶中间温度定则，热电偶测温回路的 总电势值只与热端和参比端的温度有关，而 不受中间温度变化的影响，所以可用与热电 偶材料相匹配的补偿导线来代替需要延伸的 贵重热电偶材料，将参比端由热电偶接线盒 1延伸到仪表接线端，由补偿导线对原参比 端温度进行补偿。
工业热电偶
热电偶冷端温度补偿
—————补偿导线法
概述
➢ 热电偶产生的热电势与热端（又称测量端）、参比 端（又称冷端）的热电势有关，只有参比端温度t1 为零或恒定不变，热电势才是热端温度的单值函数。 如果不补偿的话，则热电偶的参比端温度与仪表接 线端温度t2间的温差t1-t2越大，测量误差也越大。 由于大多数热电偶的热电势与温度的关系近似线性， 所以造成的测量误差大致等于上述温差。以K 分度 号的镍铬-镍硅热电偶为例，当t1=50℃， t2=20℃时，如热端温度为1000℃，则显示温度 仅969℃，误差达31℃。
例如当热端温度为1300℃和1600℃时，如参比端温度t1=100℃ 时，造成 的误差为±3.0℃，如t1=120℃ 时，造成的误差为±5，.0℃ ，均达到使用 普通级补偿导线 ±5℃的要求。但值得注意的是，如t1=200℃ 时，则可能 造成±16.3℃的误差，因此对双铂铑热电偶来说，虽然在通常情况下可不使 用补偿导线，但限制条件是参比端温度t1≤120℃，否则将造成较大的误差。
双铂铑热电偶常用于1300~1600 ℃温度段的测温（≤1300℃ 通常采用铂铑 -铂热电偶），其低温段的热电势出奇地低，如100℃时的热电势仅 0.033mV， 200℃时的热电势为0.178mV，与整个测温范围内（0~1800 ℃）每100℃的平均热电势为0 .700mV 比较,相差悬殊，所以即使不补偿， 造成的误差也很小。
➢ 实际应用时，由于热电偶参比端的接线盒通常暴 露在大气中，温度变化较大，如不采取措施，接
线盒内温度既不可能为零，也不可能保持某个温
度恒定不变，由此引起测量误差。由于与热电偶
相连的二次仪表（如显示器、记录仪）等均带环
境温度补偿，可对这些装置与热电偶的接线点 （即仪表接线端）温度t2进行补偿。由此可见， 关键是如何对热电偶的参比端温度t1 进行补偿。 目前有多种参比端补偿方法，如恒温法、补偿电
冷端温度恒温法
注意
在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配， 极性不能接错。
补偿导线和热电极连接处两接点温度必须相 同，且不可超过规定温度范围(一般0～ 100℃)
双铂铑热电偶不用补偿导线
前面讲了这么多，都是说要用补偿导线去补偿热电偶参比端温度，但在常用热 电偶中，分度号B的双铂铑（铂铑30-铂铑6）热电偶是一个例外，它没有专 用的补偿导线，或者换一句话说，在实际应用中，它一般没有必要使用补偿导 线。