如何測量熱電偶

圖3中，J2和J4接點屬于同一類型（銅鎳合金）；因為兩者處于等溫環(huán)境，J2和J4也是同樣的溫度。因為電路中電流方向緣故，J4端產(chǎn)生一個Seebeck正電壓，J2端產(chǎn)生一個Seebeck負(fù)電壓。因此，接點抵消了相互之間的影響，測量電壓的總量就為零。J1和J3接點都是鐵—銅鎳合金接點。但是他們的溫度可能不同，因為他們可能不是在等溫環(huán)境中。因為他們處于不同溫度環(huán)境下，J1和J3接點都可以產(chǎn)生Seebeck電壓，但是大小不同。為了補償冷端J3，測量其溫度并將其作用電壓從熱電偶測量中減去。

使用V_Jx(T_y)符號表示Jx接點在Ty溫度時所產(chǎn)生的電壓，一般熱電偶問題簡化成下式：

V_MEAS = V_J1(T_TC ) + V_J3(T_ref ) (2)

式中，V_MEAS表示數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測量得到的電壓值，T_TC表示J1接點熱電偶的溫度，T_ref表示基準(zhǔn)端的溫度。

注意到在（2）式中，V_Jx(T_y)表示的是就某個基準(zhǔn)溫度而言在Ty溫度環(huán)境下所產(chǎn)生的電壓。只要V_J1和V_J3是與同一個基準(zhǔn)溫度相關(guān)的溫度函數(shù)，2式就成立。例如，如前文所述的NIST熱電偶參照表就是將基準(zhǔn)端保持在0攝氏度情況下生成的。

因為J3和J1是同類型的，但是產(chǎn)生相對電壓，所以V_J3(T_ref ) = -V_J1(T_ref )。又因為V_J1是熱電偶類型測試狀態(tài)下產(chǎn)生的電壓，所以該電壓可以重命名為V_TC。因此，2式可以改寫成下式：

V_MEAS = V_TC (T_TC ) - V_TC (T_ref ) (3)

因此，通過測量V_MEAS和T_ref知道了熱電偶電壓同溫度的關(guān)系，就能夠確定熱電偶測量端的溫度。

現(xiàn)有兩種實現(xiàn)冷端補償?shù)募夹g(shù)——硬件補償和軟件補償。兩種技術(shù)都需要使用可直接讀取傳感器得到基準(zhǔn)端溫度?？芍苯幼x取傳感器有一個只由測量點溫度決定的輸入端。半導(dǎo)體傳感器，電熱調(diào)節(jié)器和RTD都是常用的測量基準(zhǔn)端溫度的儀器。

使用硬件補償，可以將一個可變電壓源插入到電路中，撤銷寄生溫差電壓?？勺冸妷涸锤鶕?jù)環(huán)境溫度產(chǎn)生一個補償電壓，這樣附加到修正電壓上用來撤銷不需要的溫差信號。當(dāng)這些寄生信號都被去除了，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測量的唯一信號就是從熱電偶測量端測得的電壓。使用硬件補償?shù)那闆r下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)終端的溫度是不相關(guān)的，因為其中的寄生性熱電偶電壓已經(jīng)被取消了。硬件補償?shù)闹饕蛔阒幵谟冢糠N熱電偶必須擁有一個分開的能夠附加修正補償電壓的補償電路，這樣就會大大增加電路的成本。通常情況下，硬件補償在精度上也不及軟件補償。

或者您可以選擇使用軟件來進(jìn)行冷端補償。在使用可直接讀取傳感器測量得到基準(zhǔn)端溫度后，軟件能夠在被測電壓上附加一個適合的電壓值來消除冷端電壓的影響。回憶（3）式中指明被測電壓V_MEAS等于（熱電偶）測量端接點和冷端接點之間的電壓差值。

熱電偶輸出電壓是高度非線性的。Seebeck系數(shù)會因為一些熱電偶的運行溫度區(qū)域中三個或以上的因素而有所變化。因此，您必須使用多項式來模擬熱電偶中電壓VS溫度曲線或者使用查表法。