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熱電偶測溫誤差分析
日期：2024-12-21 13:32
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摘要：
熱電偶測溫誤差分析
熱電偶的測溫誤差主要由下列因素引起：
(1)熱電偶的非均勻性分度誤差：由于電偶材料粗細(xì)不均勻或不純等原因，會使熱電偶的溫差電性與統(tǒng)一的分度表產(chǎn)生一定誤差，此誤差不應(yīng)超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；
(2)因冰水不純使熱電偶冷端(即參比端)達(dá)不到真正的冰點(diǎn)(0℃)因而引起誤差。因此對于精密測量，要求用純凈水制成的冰和水；
(3)熱電偶由于長期處于高溫環(huán)境會氧化變質(zhì)，致使其熱電性能發(fā)生變化而引起誤差；
(4)熱電偶的極間、電偶對之間及其與大地間**的絕緣或測量儀表精度不高等都會造成熱電勢的損失而影響測量的**性。
6.2.8熱電勢的測量
在熱電偶回路中由于貝塞克效應(yīng)所產(chǎn)生的熱電勢E，可以用高阻類型動圈式等儀表來直接測量。通過儀表的電流i為：
（6-13） 式中：
-----儀表的內(nèi)阻； -----外電路的電阻。
為了重復(fù)性好， 和
必須保持在與校準(zhǔn)時相同的數(shù)值，如果調(diào)換儀表，應(yīng)當(dāng)檢查校準(zhǔn)時的數(shù)值。熱電勢也可用數(shù)字式電壓表進(jìn)行直接測量，這些儀表都具有高輸入阻抗，因此在熱電偶測量回路中，
比 大得多，使得 的變化對測量影響很小。
用動圈式儀表直接測量電勢時，通常測量精度不高，且在相當(dāng)大的程度上受到環(huán)境溫度變化的影響。因此，用電位差計間接測量電勢得到廣泛的應(yīng)用。下面將介紹電位差計的構(gòu)造原理及其測量方法。電位差計的工作原理是根據(jù)平衡法（也稱補(bǔ)償法、零值法）將被測電勢與已知標(biāo)準(zhǔn)電勢相比較，當(dāng)兩者的差值為零時，則被測電勢就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢。*簡單的電位差計原理如圖6.13所示。它由兩個回路組成：
圖6.13*簡單的電位差計原理圖
（1）工作電流回路：它由工作電池E、可變電阻RJ、電流表mA與測量標(biāo)準(zhǔn)電阻R組成。這一回路的作用，是根據(jù)電流表mA的指示值，通過可變電阻RJ來調(diào)節(jié)工作電流回路中的工作電流I，使其達(dá)到規(guī)定值。這樣，在測量標(biāo)準(zhǔn)電阻R上的每一部分電阻的電壓降即為已知。
（2）測量回路：是由熱電偶
與檢流計G的串聯(lián)線路，通過測量標(biāo)準(zhǔn)電阻R上的滑動觸點(diǎn)B并聯(lián)入工作電流回路組成。熱電偶的正極接電阻R上的正極B點(diǎn)，熱電偶負(fù)極接線路A點(diǎn)，使測量回路中的檢流計指示值為零，即測量回路中沒有電流通過。此標(biāo)準(zhǔn)電阻RAB上的電壓降與熱電偶的熱電勢
達(dá)到平衡狀態(tài)，兩個電勢相等，即：
（6-14） 因為RAB與I是已知的，所以未知值熱電偶的熱電勢 即可求得。
應(yīng)用平衡法測量電勢，由于測量回路中無電流通過，所以被測電勢的測量值不會因測量回路導(dǎo)線電阻變化而產(chǎn)生誤差，這是電位差計測量電勢的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。但電位差計測量結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于工作電流回路中的測量標(biāo)準(zhǔn)電阻與電流的準(zhǔn)確度及檢流計的靈敏度。在工作電流回路中用電流表測量電流是不可能十分**的，為了確保工作
電流值的高精度，再引入校準(zhǔn)工作電流回路。圖6.14為具有校準(zhǔn)工作電流回路的直流電位差計原理線路。
（3）校正工作電流回路：它由標(biāo)準(zhǔn)電阻RP、標(biāo)準(zhǔn)電池EP及與測量回路公用的檢流計G組成。當(dāng)開關(guān)K接入“1”端時，校準(zhǔn)工作電流回路接通，然后調(diào)節(jié)可變電阻RJ，亦即調(diào)節(jié)工作電流回路中的電流I值，使其在標(biāo)準(zhǔn)電阻RP上的電壓降等于標(biāo)準(zhǔn)電池的電勢
，也就是標(biāo)準(zhǔn)電池的電勢與標(biāo)準(zhǔn)電阻RP上所產(chǎn)生的電壓降相平衡，
圖6.14電位差計測量熱電勢原理線路圖
此時，檢流計指示為零值，即校準(zhǔn)工作電流回路中的電流為零。這時工作電流回路中的電流為：
（6-15）
式中，標(biāo)準(zhǔn)電池的電勢EP與標(biāo)準(zhǔn)電阻RP的**度都很高，所以在應(yīng)用高靈敏度檢流計的條件下，工作電流I可以調(diào)節(jié)到很高的精度。
隨后將開關(guān)K接入2，這時校準(zhǔn)工作電流回路斷開，測量回路接通，再滑動電阻R上的動觸點(diǎn)，當(dāng)檢流計G指示為零時，測量回路中電流等于零，說明熱電偶的熱電勢
為：
（6-16） 將式（6-15）代入上式得：
（6-17）
上式EP、RAB、RP的**度都很高，所以熱電勢的測量值也可獲得很高的精度。以上所述就是用平衡法測量熱電勢的基本工作原理。
電位差計有許多型號，但不論線路如何復(fù)雜，都可以將其歸納為由上述三個基本回路所組成。
熱電偶的測溫誤差主要由下列因素引起：
(1)熱電偶的非均勻性分度誤差：由于電偶材料粗細(xì)不均勻或不純等原因，會使熱電偶的溫差電性與統(tǒng)一的分度表產(chǎn)生一定誤差，此誤差不應(yīng)超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；
(2)因冰水不純使熱電偶冷端(即參比端)達(dá)不到真正的冰點(diǎn)(0℃)因而引起誤差。因此對于精密測量，要求用純凈水制成的冰和水；
(3)熱電偶由于長期處于高溫環(huán)境會氧化變質(zhì)，致使其熱電性能發(fā)生變化而引起誤差；
(4)熱電偶的極間、電偶對之間及其與大地間**的絕緣或測量儀表精度不高等都會造成熱電勢的損失而影響測量的**性。
6.2.8熱電勢的測量
在熱電偶回路中由于貝塞克效應(yīng)所產(chǎn)生的熱電勢E，可以用高阻類型動圈式等儀表來直接測量。通過儀表的電流i為：
（6-13） 式中：
-----儀表的內(nèi)阻； -----外電路的電阻。
為了重復(fù)性好， 和
必須保持在與校準(zhǔn)時相同的數(shù)值，如果調(diào)換儀表，應(yīng)當(dāng)檢查校準(zhǔn)時的數(shù)值。熱電勢也可用數(shù)字式電壓表進(jìn)行直接測量，這些儀表都具有高輸入阻抗，因此在熱電偶測量回路中，
比 大得多，使得 的變化對測量影響很小。
用動圈式儀表直接測量電勢時，通常測量精度不高，且在相當(dāng)大的程度上受到環(huán)境溫度變化的影響。因此，用電位差計間接測量電勢得到廣泛的應(yīng)用。下面將介紹電位差計的構(gòu)造原理及其測量方法。電位差計的工作原理是根據(jù)平衡法（也稱補(bǔ)償法、零值法）將被測電勢與已知標(biāo)準(zhǔn)電勢相比較，當(dāng)兩者的差值為零時，則被測電勢就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢。*簡單的電位差計原理如圖6.13所示。它由兩個回路組成：
圖6.13*簡單的電位差計原理圖
（1）工作電流回路：它由工作電池E、可變電阻RJ、電流表mA與測量標(biāo)準(zhǔn)電阻R組成。這一回路的作用，是根據(jù)電流表mA的指示值，通過可變電阻RJ來調(diào)節(jié)工作電流回路中的工作電流I，使其達(dá)到規(guī)定值。這樣，在測量標(biāo)準(zhǔn)電阻R上的每一部分電阻的電壓降即為已知。
（2）測量回路：是由熱電偶
與檢流計G的串聯(lián)線路，通過測量標(biāo)準(zhǔn)電阻R上的滑動觸點(diǎn)B并聯(lián)入工作電流回路組成。熱電偶的正極接電阻R上的正極B點(diǎn)，熱電偶負(fù)極接線路A點(diǎn)，使測量回路中的檢流計指示值為零，即測量回路中沒有電流通過。此標(biāo)準(zhǔn)電阻RAB上的電壓降與熱電偶的熱電勢
達(dá)到平衡狀態(tài)，兩個電勢相等，即：
（6-14） 因為RAB與I是已知的，所以未知值熱電偶的熱電勢 即可求得。
應(yīng)用平衡法測量電勢，由于測量回路中無電流通過，所以被測電勢的測量值不會因測量回路導(dǎo)線電阻變化而產(chǎn)生誤差，這是電位差計測量電勢的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。但電位差計測量結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于工作電流回路中的測量標(biāo)準(zhǔn)電阻與電流的準(zhǔn)確度及檢流計的靈敏度。在工作電流回路中用電流表測量電流是不可能十分**的，為了確保工作
電流值的高精度，再引入校準(zhǔn)工作電流回路。圖6.14為具有校準(zhǔn)工作電流回路的直流電位差計原理線路。
（3）校正工作電流回路：它由標(biāo)準(zhǔn)電阻RP、標(biāo)準(zhǔn)電池EP及與測量回路公用的檢流計G組成。當(dāng)開關(guān)K接入“1”端時，校準(zhǔn)工作電流回路接通，然后調(diào)節(jié)可變電阻RJ，亦即調(diào)節(jié)工作電流回路中的電流I值，使其在標(biāo)準(zhǔn)電阻RP上的電壓降等于標(biāo)準(zhǔn)電池的電勢
，也就是標(biāo)準(zhǔn)電池的電勢與標(biāo)準(zhǔn)電阻RP上所產(chǎn)生的電壓降相平衡，
圖6.14電位差計測量熱電勢原理線路圖
此時，檢流計指示為零值，即校準(zhǔn)工作電流回路中的電流為零。這時工作電流回路中的電流為：
（6-15）
式中，標(biāo)準(zhǔn)電池的電勢EP與標(biāo)準(zhǔn)電阻RP的**度都很高，所以在應(yīng)用高靈敏度檢流計的條件下，工作電流I可以調(diào)節(jié)到很高的精度。
隨后將開關(guān)K接入2，這時校準(zhǔn)工作電流回路斷開，測量回路接通，再滑動電阻R上的動觸點(diǎn)，當(dāng)檢流計G指示為零時，測量回路中電流等于零，說明熱電偶的熱電勢
為：
（6-16） 將式（6-15）代入上式得：
（6-17）
上式EP、RAB、RP的**度都很高，所以熱電勢的測量值也可獲得很高的精度。以上所述就是用平衡法測量熱電勢的基本工作原理。
電位差計有許多型號，但不論線路如何復(fù)雜，都可以將其歸納為由上述三個基本回路所組成。
