上海自动化仪表有限公司热电偶传感器的工作原理与冷端补偿方法
上海自动化仪表热电偶中的“冷端"也常被称作“参比端"。这种温度传感器在加工厂中非常普遍，能够测量远高于RTD（热电阻）的高温度。热电偶以其坚固耐用而著称，不易受损。尽管其精度略逊于RTD传感器，但在许多实际应用中已足够满足需求。此外，热电偶价格亲民，且其测量电路设计相对简单，无需激励电流，使得电路制作更为便捷。针对不同应用，市面上存在多种优化的热电偶类型可供选择。那么，热电偶是如何工作的呢？热电偶的核心在于其两根由不同电导体制成的电线。这两根电线在“热"端（即测量温度的一端）连接在一起，而远离热端的则被称为“冷端"。根据托马斯·约翰·塞贝克（Thomas Johann Seebeck）在1821年的发现，当这两根电线的连接点处于不同温度时，会产生电流，进而在开路端的电线间形成微小电压。这种电压与温度及所使用的导线材料密切相关，被命名为塞贝克效应。在热电偶的工作原理图中，电压是在“热"端连接处产生的，这里涉及两种不同导体的连接。但大家可能会问：那电线的另一端，即冷端，又是怎么回事呢？当我们实际测量热电偶的电压时，通常会将热电偶线与万用表相连。这里需要注意的是，万用表的连接材料通常是铜或镀金，这与热电偶的材料是不同的。因此，在万用表连接处，我们又创建了一个新的热电偶。
上图中，材料1和材料2是构成热电偶的两种关键材料。它们的焊接点，即“热端"，不仅是测量温度的所在位置，还是产生电压U1的地方。这个U1正是我们希望测量的目标。而在“冷端"点，热电偶与电压表相连，该电压表由不同材料（即材料3）制成。在这些连接处，会产生电压U2和U3。但出于测量目的，我们并不希望测量这些电压，因此需要采取措施消除或补偿它们。值得一提的是，热电偶结点在0°C（32°F）的环境下不会产生任何电压。基于这一特性，我们可以选择在该温度下安置冷端，例如使用冰浴或温度块。这样，当热电偶线与冰浴中的铜线相连时，该连接处就不会产生电压，从而无需担忧冷端的影响。然而，实际情况中，冷端往往无法维持在0°C，因此需要借助信号调节电子器件来准确解释输出电压。这就是所谓的冷端补偿（CJC），它是确保测量准确性的关键步骤。幸运的是，现代测量装置，如变送器、DCS输入卡或温度校验仪，能够实时测量冷端温度，并自动对冷端误差进行在线补偿。由于这些设备能够识别热电偶的类型（通过菜单选择），因此可以连续自动地进行补偿计算。这种自动化的补偿方法使得在正常测量和校准过程中无需担心冷端问题，大大简化了测量过程。用户只需将热电偶线插入设备即可完成测量，确保了测量的准确性和便捷性。热电偶作为核心的温度传感元件，能够根据所测温度输出相应的毫伏值。这些毫伏信号随后被传送至温度变送器，经过转换，变送器将毫伏信号转变为4至20mA的电流输出，这一输出随后与控制系统（如PLC/DCS/ESD）相连结。热电偶与变送器的安装位置可灵活调整，而连接两者的电的。热电偶的工作原理基于塞贝克效应，这一效应指出，当两个不同的导体在两端形成结点，且这两个结点处于不同的温度时，会自发产生电流，从热结点流向冷结点。这种电流所产生的电势差以毫伏为单位，与热端和冷端之间的温差（即待测温度）呈正比。如前所述，上海自动化仪表为了连接热电偶与温度变送器，我们需要使用外部电缆。这种电缆可能由铜或特定类型的热电偶材料制成。然而，若我们选用铜电缆，则因热电偶材料与电缆材质不同，会产生额外的结点，如上图所示。这样的结点会干扰毫伏的产生，进而导致温度测量出现偏差。为了避免此类测量误差，我们应选用专门设计的电缆，即热电偶延长电缆或热电偶补偿电缆。
