应用分析-实用温度测量（二）

参比端

确定J2温度的方式之一是以物理方式将连接点放入冰 槽中，强制使其温度成为0˚C并确定J2作为参比端。由于 两个电压表端子连接点现在为铜-铜，因此不会产生热电 动势并且电压表上的读数V与J1和J2间的温差成正比。

现在，电压表读数为（见图5）：

V = (V1 - V2) ≅ α(tJ1 tJ2)

如果我们以摄氏度指定TJ1，则：

TJ1 (˚C) + 273.15 = tJ1

则V变为：

V = V1 - V2 = α [(TJ1 + 273.15) - (TJ2 + 273.15)]
= (TJ1 - TJ2) = (TJ1 - 0)
V = TJ1

我们使用这一延伸的推导重点强调冰槽连接点的输出 V2并非零伏。它是绝对温度的函数。

通过添加冰点参比端的电压，我们现在将读数V参照 0˚C。由于冰点温度可以精确控制，因此该方法非常精 确。（美国）国家标准局(NBS)使用冰点作为其热电偶 表的基本基准点，因此我们现在可以查看NBS表并直接 从电压V转换为温度TJ1。

图5所示的铜-康铜热电偶是一个独特的示例，因为 铜线和电压表端子使用的是相同的金属。让我们使用铁-康铜（J型）热电偶取代铜-康铜热电偶。铁线（图6） 增加了电路中不同金属连接点的数量，因为两个电压表 端子都变成了Cu-Fe热电偶连接点。

如果两个前面板端子温度不同，将会出现错误。要进 行更精确的测量，应延长电压表铜导线以便铜-铁连接点 位于等温（相同温度）块上：偶连接点。

等温块是电绝缘体，但确实是良好的热导体，它用于 使J3和J4保持相同的温度。绝对块温度并不重要，因为 两个Cu-Fe连接点的作用是相反的。我们仍得到如下结果

V = α (T1 - TREF)

基准电路

让我们将冰槽替换成其他等温块

新块处于基准温度TREF，并且由于J3和J4仍处于相同温 度，我们可以再次显示

V = α (T1-TREF)

这仍然是一个非常不方便的电路，因为我们必须连接 两个热电偶。让我们将Cu-Fe连接点(J4)和Fe-C连接点(JREF)合并，消除负极(LO)导线中多余的Fe线。

我们可以通过首次连接两个恒温快（图9b）来实现这 项操作。

我们没有更改输出电压V。它仍然是

V = α (TJ1 - TJREF )

现在，我们将调用中间金属定律（请参阅附录A）来 消除额外的连接点。这一经验“定律”表明，在热电偶 连接点的两种不同金属之间插入第三种金属将不会影响 输出电压，只要附加的金属形成的两个连接点处于相同 的温度：

因此，图9B中的低电平导线： 变为：

这是一个非常有用的结论，因为它完全消除了LO导线 中对铁线(Fe)的需要：

同样，V = α (TJ1 - TREF)，其中α是Fe-C热电偶的塞贝 克系数。

连接点J3和J4代替冰槽。这两个连接点现在成为 参比端。

现在，我们可以继续下一逻辑步骤：直接测量等温块（参比端）的温度并使用该信息计算未知温度TJ1

热敏电阻（其电阻RT是温度的函数）为我们提供了测 量参比端绝对温度的一种方式。由于等温块的设计，连 接点J3和J4以及热敏电阻全部假设为相同温度。通过计 算机控制的数字万用表，我们只需：

• 测量RT以确定TREF，然后将TREF转换为其等效 参比端电压VREF

• 测量V后加上VREF得出V1，然后将V1转换为温 度TJ1。

此过程称为软件补偿，因为它依靠计算机软件来补偿 参比端的影响。该等温接线盒温度传感器可以是具有与 绝对温度成正比特性的任何设备：RTD、热敏电阻或集 成电路传感器。

询问以下问题似乎符合逻辑：如果我们已经拥有测量 绝对温度的设备（如RTD或热敏电阻），为什么我们要 自寻麻烦而使用需要参比端的热电偶？此问题最重要的 唯一答案是热敏电阻、RTD和集成电路传感器仅在特定 的温度范围内有用。另一方面来说，热电偶可用于广泛 的温度范围，并且已针对各种大气环境进行了优化。它 们比热敏电阻耐用得多，事实证明，热电偶通常焊接到 金属部件或用螺钉夹紧。它们可以通过钎焊或焊接现场 制造。简言之，热电偶是现有的使用最广泛的温度传感 器，由于测量系统执行参比端补偿和软件电压到温度转 换的整个任务，因此使用热电偶变得与连接一对电线一 样容易。

当我们需要监测大量数据点时，热电偶测量变得尤其 方便。这通过对多个热电偶元件使用等温参比端来实现（见图13）。

舌簧继电器扫描器可将电压表按顺序连接到各种热电 偶。无论选择何种类型的热电偶类型，所有电压表和扫 描器导线都是铜的。事实上，只要知道每个热电偶是什 么，我们就可以在同一等温接线盒（通常称为温区框） 中混合使用各种类型的热电偶，并在软件中进行相应的 修改。接线盒温度传感器RT位于盒中心，从而将由于热 梯度导致的误差减至最低。

软件补偿是用于测量热电偶使用最广泛的技术。许多 热电偶都在相同的块上连接，铜导线在整个扫描器内使 用，并且该技术与所选的热电偶类型无关。此外，当数 据采集系统与内置的温区框配合使用时，我们只需如同 连接一对测试引线一样连接热电偶即可。所有转换都通 过计算机执行。此技术的一个缺点是计算机需要少量额 外的时间来计算参比端温度。为获得最大速度，我们可 以使用硬件补偿。