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從熱電偶的基本測溫原理中知道,熱電偶的總熱電勢與兩接點的溫度差有一定關系,熱端溫度越高,則總熱電勢越大;冷端溫度越高,則總電勢越小,從總電勢公式EAB(t,t0)=EAB(t,0)-EAB(t0,0)可以看出,當冷端溫度t0增高時,則熱電勢EAB(t0,0)愈大,因此,總熱電勢EAB(t,t0)愈小。所以,冷端溫度的變化,對熱電偶的測溫有很大影響。熱電偶的刻度是在冷端溫度t0=0℃時進行的。但在實際應用時冷端溫度不但不會等于零度,也不一定能恒定在某一溫度值,因而就會有測量誤差。消除這種誤差的方法很多,下面介紹幾種常用的方法:
(1)補償導線法。這種方法在工業(yè)上廣泛應用。補償導線實際就是由在一定的溫度范圍內(nèi)(0~100℃)與所配接的熱電偶有相同的溫度——熱電勢關系的兩種賤金屬線所構(gòu)成,或者說,當將此兩種賤金屬線配制成熱電偶形式時,使熱端受100℃以下溫度范圍的作用,與所配接的熱電偶有相同的溫度——熱電勢等值關系。例如鉑銠——鉑熱電偶就是利用銅和銅鎳合金兩種賤金屬構(gòu)成補償導線。由上述可知,當熱電偶的冷端配接這種補償導線以后,就等于將其冷端遷移,遷移到所接補償導線的另外一端的地方。
由圖6-4可以明顯的看出,補償導線的原理就是等于將熱電偶的原冷接點位置移動一下。搬移到溫度比較低和恒定的地方。同時也可以知道利用補償導線作為冷接的補償并不意味著完全可以免除冷端的影響誤差,(除非所搬移的地方為0℃或配用儀表本身附有溫度的自動補正裝置),因為新移的冷端一般都是儀表所在處的室溫或高于0℃,但配用儀表的溫度刻度關系一般從0℃開始,因此在這種情況下也要產(chǎn)生一定程度的讀數(shù)誤差,其大小要看新移冷接點溫度的高低而定。相反,若將補償導線所接引的新冷端處于一溫度較高或波動的地方,那么很明顯地可以看出補償導線會完全失掉其應有的意義。另外更應注意到熱電偶與補償導線聯(lián)接端所處的溫度不應超出100℃,不然也會產(chǎn)生一定程度的溫度讀數(shù)誤差。
舉一例來進一步說明,有一鎳鉻——鎳硅熱電偶測量某一真實溫度為1000℃地方的溫度,配用儀表放置于室溫20℃的室內(nèi),設熱電偶冷接點溫度為50℃,若熱電偶和儀表的聯(lián)接使用補償導線或使用普通銅質(zhì)導線兩者所測得的溫度各為多少度?又與真實溫度各相差多少度?
由溫度和熱電勢關系表中可查出1000℃、50℃、20℃的等值熱電勢各為41.27mV、2.02mV、0.8mV,若使用補償導線時,熱電偶的冷接點溫度則為20℃,所以配用儀表測得的熱電勢為41.27-0.8=40.47mV或為979℃;若使用一般銅導線時,其實際冷接點仍在熱電偶的原冷接點,即50℃,這樣配用儀表所測得的實際熱電勢為41.27-2.02=39.25mV或為948℃。則兩者相差979-948=31℃,與真實溫度各相差2l℃和52℃。
(2)調(diào)整儀表零點法。一般儀表在正常時指針指在零位上a處,如圖6-5所示。應用此法補正冷端時,將指針調(diào)到與冷端溫度相等的b點(設冷端溫度為20℃)處,此法在工業(yè)上經(jīng)常應用。雖不太準確,但比較簡單。
(3)冷端恒溫法。其中使用最普遍的是采用冰浴方法。在實驗中常采用此法,如圖6-6所示。在恒溫槽內(nèi)裝有一半涼水和一半冰,并嚴密封閉,使恒溫槽內(nèi)不受外界的熱影響,槽內(nèi)冷接點要和冰水絕緣,以免短路,一般用一試管,把冷接點放在試管中。