一、引言
    在溫度控制系統(tǒng)中，熱電偶是一種重要的傳感器，常用于高溫環(huán)境的溫度測量。但由于熱電偶產(chǎn)生的熱電勢取決于其兩端的溫度，只有在冷端溫度保持恒定時，其輸出的熱電勢才是測量端（熱端）溫度的單值函數(shù)。而且，工程技術(shù)上廣泛使用的熱電偶分度表和根據(jù)分度表刻劃的測溫顯示儀的刻度都是根據(jù)冷端溫度為0°C而制作的。因此，對它的冷端溫度必須進(jìn)行補(bǔ)償，才能保證熱電偶測量精度。 無錫鉑睿測控儀表專業(yè)生產(chǎn)各種熱電偶，接受定制，詳情請登錄我司主頁。
    熱電偶冷端溫度的補(bǔ)償方法很多。在工業(yè)儀表和生產(chǎn)現(xiàn)場中，常規(guī)補(bǔ)償方法有冷端溫度補(bǔ)償法和補(bǔ)償電橋法。較*的補(bǔ)償方法，如智能補(bǔ)償法，則具有精度高，存儲容量小，查表速度快等特點(diǎn)，是有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒ㄖ弧?nbsp;
    二、冷端溫度補(bǔ)償法 
    如圖1所示，兩導(dǎo)體A、B間的電偶電勢為： 
    (1) 
    式中，T—接觸處的溫度；
    K—波爾茲曼常數(shù)；
    e—電子電荷量； 
    nA、nB—導(dǎo)體A和B的自由電子密度。 
    (2) 
    式中，T0—0°C時的溫度；
    Tn—室溫。 
    由式(1)、(2)可以發(fā)現(xiàn)，只要找到一個合適的溫度補(bǔ)償值，它是室溫Tn的函數(shù)，將其加到測量值EAB(T,Tn) 上，可算出EAB(T,T0),再根據(jù)手冊提供的溫度—熱電勢對照表（分度表）就可以得出相應(yīng)的檢測點(diǎn)的溫度。 
    三、電橋補(bǔ)償法 
    電橋補(bǔ)償法工作原理如圖2所示。電橋的輸出端與熱電偶串聯(lián)，并將熱電偶的冷端與電橋置于同一溫度場中。設(shè)計(jì)電橋時一般選擇20°C為電橋平衡溫度，此時a、c兩點(diǎn)電位相等，電橋輸出電壓為零。當(dāng)溫度不等于20°C時，熱電偶由于冷端溫度變化使熱電偶的輸出電勢產(chǎn)生變化量△E，此時由于RH（RH的電阻溫度系數(shù)較大，其余橋臂電阻均由電阻溫度系數(shù)很小的錳銅絲繞成，可認(rèn)為其阻值不隨溫度變化）的阻值變化，使a、c兩點(diǎn)間電位不等，電勢差不為零，自動給出一個補(bǔ)償電勢△E`。由于△E和△E`大小相等，方向相反，這樣便達(dá)到自動補(bǔ)償?shù)哪康摹?/span>
    但此法中，不同型號的補(bǔ)償器只能與相應(yīng)的熱電偶配套使用，而且只能在規(guī)定的范圍內(nèi)使用，通常為0~40°C。 
    四、智能補(bǔ)償法 
    在智能化溫度測控系統(tǒng)中，通常用軟件方法對冷端溫度進(jìn)行補(bǔ)償，如圖3所示。智能溫度控制系統(tǒng)中，單片機(jī)或單板機(jī)是系統(tǒng)的核心，只要在該系統(tǒng)的控制軟件中加上冷端溫度補(bǔ)償算法，便可以將溫度的檢測精度大大提高，而且對不同的熱電偶只要改變數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換表即可，系統(tǒng)的適應(yīng)性大為增強(qiáng)。
    在該系統(tǒng)中，多路器由微機(jī)控制，可以分別接兩路通道，即分別測量熱電偶和集成溫度傳感器的輸出信號。信號調(diào)理模塊應(yīng)選用具有動態(tài)自動校零集成運(yùn)算放大器（如ICL7650），放大倍數(shù)的選擇應(yīng)針對不同的熱電偶取不同的值。所要注意的是為了消除輸入管腳和相鄰管腳之間不同電位所造成的漏電流，應(yīng)采用保護(hù)環(huán)進(jìn)行電位跟蹤。如選用8腳的TO-8型圓形管殼封裝，2腳和3腳兩旁的空隙構(gòu)成環(huán)狀保護(hù)環(huán)，對輸入端進(jìn)行保護(hù)；如選用雙列直插式封裝，只需將3腳和6腳短路，即構(gòu)成了保護(hù)環(huán)，見圖4。 
    為了提高抗*力，采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換芯片ICL7135，完成A/D轉(zhuǎn)換。
    量程根據(jù)精度需要選擇，可為0~200mV，0~2000mV；轉(zhuǎn)換速度一般為6次/s或12次/s，以保證瞬時檢測值的準(zhǔn)確性。
    鍵盤接口設(shè)計(jì)要與PC鍵盤兼容，這樣可直接利用市售的小鍵盤（PC鍵盤的數(shù)字部分）。設(shè)計(jì)中主要從硬件接口、軟件接口兩方面使CLK、DATA信號符合103鍵PC標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的時序要求。采用外中斷0的邊沿觸發(fā)中斷方式，檢測按鍵及按鍵的鍵值。接收到的半行數(shù)據(jù)中，D0~D6七位為各鍵掃描碼，在鍵按下時發(fā)出的數(shù)據(jù)中，D7=1，D8為結(jié)束標(biāo)志，D8=1時表示一組數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。對于熱電偶的非線性補(bǔ)償，雖然可以通過分段線性化補(bǔ)償，但運(yùn)算比較復(fù)雜。可利用最小二乘法原理得到擬合公式：
    式中，ai—多項(xiàng)式系數(shù)；
    e—熱電勢；
    n—正整數(shù)。 
    如T分度號熱電偶的多項(xiàng)式系數(shù)為：
    a0=2.5661297×10;
    a1=-6.1954869×10-1;
    a2=2.2181644×10-2; 
    a3=-3.5500900×10-4 
    而E分度號熱電偶的多項(xiàng)式系數(shù)為：
    a0=0;
    a1=1.7022525×10 ;
    a2=-0.2209924; 
    a3=5.4809314×10-3 
    上式可表示成：T=f(e)，它的反函數(shù)為：e=f1(T)，測得的冷端溫度由其算出即：e(T0)=f1(T0)，再與實(shí)測電勢E(T,T0)相加，得熱電勢e(T)，用T=f(e)就可求得被測溫度T。有時反函數(shù)很難從原函數(shù)求出，可用牛頓迭代法求其近似值。
    由于傳統(tǒng)的直接查表法是將熱電偶的分度表存入微機(jī)，用逐點(diǎn)法對每個采樣值查表，得出溫度的近似值，這種方法要求存儲容量大，查表時間長。而增量迭代法將分度表進(jìn)行等價變換，設(shè)計(jì)成增量表，這樣存儲容量只占原分度表的一半，查表速度提高。查表時可以直接定位，根據(jù)前后二次采集到的熱電勢及升降情況，代迭代累加或累減運(yùn)算，就能求出當(dāng)前測得的溫度。