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熱電偶測(cè)溫誤差分析
日期：2024-10-28 21:01
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摘要：
熱電偶測(cè)溫誤差分析
熱電偶的測(cè)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(huì)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(guò)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(duì)于精密測(cè)量，要求用純凈水制成的冰和水；
(3)熱電偶由于長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境會(huì)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(duì)之間及其與大地間**的絕緣或測(cè)量?jī)x表精度不高等都會(huì)造成熱電勢(shì)的損失而影響測(cè)量的**性。
6.2.8熱電勢(shì)的測(cè)量
在熱電偶回路中由于貝塞克效應(yīng)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)E，可以用高阻類(lèi)型動(dòng)圈式等儀表來(lái)直接測(cè)量。通過(guò)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(shí)相同的數(shù)值，如果調(diào)換儀表，應(yīng)當(dāng)檢查校準(zhǔn)時(shí)的數(shù)值。熱電勢(shì)也可用數(shù)字式電壓表進(jìn)行直接測(cè)量，這些儀表都具有高輸入阻抗，因此在熱電偶測(cè)量回路中，
比 大得多，使得 的變化對(duì)測(cè)量影響很小。
用動(dòng)圈式儀表直接測(cè)量電勢(shì)時(shí)，通常測(cè)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(jì)間接測(cè)量電勢(shì)得到廣泛的應(yīng)用。下面將介紹電位差計(jì)的構(gòu)造原理及其測(cè)量方法。電位差計(jì)的工作原理是根據(jù)平衡法（也稱(chēng)補(bǔ)償法、零值法）將被測(cè)電勢(shì)與已知標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)相比較，當(dāng)兩者的差值為零時(shí)，則被測(cè)電勢(shì)就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)。*簡(jiǎn)單的電位差計(jì)原理如圖6.13所示。它由兩個(gè)回路組成：
圖6.13*簡(jiǎn)單的電位差計(jì)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(cè)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(guò)可變電阻RJ來(lái)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(cè)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(cè)量回路：是由熱電偶
與檢流計(jì)G的串聯(lián)線路，通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電阻R上的滑動(dòng)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(cè)量回路中的檢流計(jì)指示值為零，即測(cè)量回路中沒(méi)有電流通過(guò)。此標(biāo)準(zhǔn)電阻RAB上的電壓降與熱電偶的熱電勢(shì)
達(dá)到平衡狀態(tài)，兩個(gè)電勢(shì)相等，即：
（6-14） 因?yàn)镽AB與I是已知的，所以未知值熱電偶的熱電勢(shì) 即可求得。
應(yīng)用平衡法測(cè)量電勢(shì)，由于測(cè)量回路中無(wú)電流通過(guò)，所以被測(cè)電勢(shì)的測(cè)量值不會(huì)因測(cè)量回路導(dǎo)線電阻變化而產(chǎn)生誤差，這是電位差計(jì)測(cè)量電勢(shì)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。但電位差計(jì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于工作電流回路中的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電阻與電流的準(zhǔn)確度及檢流計(jì)的靈敏度。在工作電流回路中用電流表測(cè)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(jì)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(cè)量回路公用的檢流計(jì)G組成。當(dāng)開(kāi)關(guān)K接入“1”端時(shí)，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(shì)
，也就是標(biāo)準(zhǔn)電池的電勢(shì)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(jì)測(cè)量熱電勢(shì)原理線路圖
此時(shí)，檢流計(jì)指示為零值，即校準(zhǔn)工作電流回路中的電流為零。這時(shí)工作電流回路中的電流為：
（6-15）
式中，標(biāo)準(zhǔn)電池的電勢(shì)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(jì)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(kāi)關(guān)K接入2，這時(shí)校準(zhǔn)工作電流回路斷開(kāi)，測(cè)量回路接通，再滑動(dòng)電阻R上的動(dòng)觸點(diǎn)，當(dāng)檢流計(jì)G指示為零時(shí)，測(cè)量回路中電流等于零，說(shuō)明熱電偶的熱電勢(shì)
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(shì)的測(cè)量值也可獲得很高的精度。以上所述就是用平衡法測(cè)量熱電勢(shì)的基本工作原理。
電位差計(jì)有許多型號(hào)，但不論線路如何復(fù)雜，都可以將其歸納為由上述三個(gè)基本回路所組成。
熱電偶的測(cè)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(huì)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(guò)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(duì)于精密測(cè)量，要求用純凈水制成的冰和水；
(3)熱電偶由于長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境會(huì)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(duì)之間及其與大地間**的絕緣或測(cè)量?jī)x表精度不高等都會(huì)造成熱電勢(shì)的損失而影響測(cè)量的**性。
6.2.8熱電勢(shì)的測(cè)量
在熱電偶回路中由于貝塞克效應(yīng)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)E，可以用高阻類(lèi)型動(dòng)圈式等儀表來(lái)直接測(cè)量。通過(guò)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(shí)相同的數(shù)值，如果調(diào)換儀表，應(yīng)當(dāng)檢查校準(zhǔn)時(shí)的數(shù)值。熱電勢(shì)也可用數(shù)字式電壓表進(jìn)行直接測(cè)量，這些儀表都具有高輸入阻抗，因此在熱電偶測(cè)量回路中，
比 大得多，使得 的變化對(duì)測(cè)量影響很小。
用動(dòng)圈式儀表直接測(cè)量電勢(shì)時(shí)，通常測(cè)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(jì)間接測(cè)量電勢(shì)得到廣泛的應(yīng)用。下面將介紹電位差計(jì)的構(gòu)造原理及其測(cè)量方法。電位差計(jì)的工作原理是根據(jù)平衡法（也稱(chēng)補(bǔ)償法、零值法）將被測(cè)電勢(shì)與已知標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)相比較，當(dāng)兩者的差值為零時(shí)，則被測(cè)電勢(shì)就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)。*簡(jiǎn)單的電位差計(jì)原理如圖6.13所示。它由兩個(gè)回路組成：
圖6.13*簡(jiǎn)單的電位差計(jì)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(cè)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(guò)可變電阻RJ來(lái)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(cè)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(cè)量回路：是由熱電偶
與檢流計(jì)G的串聯(lián)線路，通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電阻R上的滑動(dòng)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(cè)量回路中的檢流計(jì)指示值為零，即測(cè)量回路中沒(méi)有電流通過(guò)。此標(biāo)準(zhǔn)電阻RAB上的電壓降與熱電偶的熱電勢(shì)
達(dá)到平衡狀態(tài)，兩個(gè)電勢(shì)相等，即：
（6-14） 因?yàn)镽AB與I是已知的，所以未知值熱電偶的熱電勢(shì) 即可求得。
應(yīng)用平衡法測(cè)量電勢(shì)，由于測(cè)量回路中無(wú)電流通過(guò)，所以被測(cè)電勢(shì)的測(cè)量值不會(huì)因測(cè)量回路導(dǎo)線電阻變化而產(chǎn)生誤差，這是電位差計(jì)測(cè)量電勢(shì)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。但電位差計(jì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于工作電流回路中的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電阻與電流的準(zhǔn)確度及檢流計(jì)的靈敏度。在工作電流回路中用電流表測(cè)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(jì)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(cè)量回路公用的檢流計(jì)G組成。當(dāng)開(kāi)關(guān)K接入“1”端時(shí)，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(shì)
，也就是標(biāo)準(zhǔn)電池的電勢(shì)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(jì)測(cè)量熱電勢(shì)原理線路圖
此時(shí)，檢流計(jì)指示為零值，即校準(zhǔn)工作電流回路中的電流為零。這時(shí)工作電流回路中的電流為：
（6-15）
式中，標(biāo)準(zhǔn)電池的電勢(shì)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(jì)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(kāi)關(guān)K接入2，這時(shí)校準(zhǔn)工作電流回路斷開(kāi)，測(cè)量回路接通，再滑動(dòng)電阻R上的動(dòng)觸點(diǎn)，當(dāng)檢流計(jì)G指示為零時(shí)，測(cè)量回路中電流等于零，說(shuō)明熱電偶的熱電勢(shì)
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(shì)的測(cè)量值也可獲得很高的精度。以上所述就是用平衡法測(cè)量熱電勢(shì)的基本工作原理。
電位差計(jì)有許多型號(hào)，但不論線路如何復(fù)雜，都可以將其歸納為由上述三個(gè)基本回路所組成。
