熱電偶為什么需要補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)？

由前文可知，熱電偶輸出的電壓信號(hào)受測(cè)量點(diǎn)溫度t和冷端溫度t0的影響，如果我們想要維持一個(gè)恒定的冷端溫度，就需要把冷端從復(fù)雜多變的工作現(xiàn)場(chǎng)中接出來(lái)，接到一個(gè)如儀表控制室這樣的穩(wěn)定環(huán)境中。考慮到一些型號(hào)的熱電偶由鉑、銠等貴金屬制成，買(mǎi)個(gè)幾十米僅用于接線(xiàn)就顯得十分不經(jīng)濟(jì)，這時(shí)候就該熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)出場(chǎng)了。

如下方左圖所示，A和B是熱電偶中的兩種金屬，而A`和B`則是對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)材料。比如分度號(hào)為S的熱電偶，其材料為正極-鉑銠（A）、負(fù)極-鉑（B），而對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)則為正極-銅（A`）、負(fù)極-銅鎳（B`）。顯然補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的材料價(jià)格要便宜得多。

圖 1 熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)接線(xiàn)圖（左）和希望補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)能達(dá)到的效果（右）

為了實(shí)現(xiàn)接入補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)后相當(dāng)于延長(zhǎng)熱電偶的效果，就要求補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的材料與熱電偶本身在100℃以下（即常見(jiàn)環(huán)境溫度）具有相同或十分相似的熱電特性。

如果不用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)會(huì)怎樣呢？我們可以假設(shè)這樣一種情況，測(cè)量點(diǎn)t的溫度為600℃，工作環(huán)境溫度t0`為60℃，冷端溫度t0則為0℃。如果只使用普通的銅導(dǎo)線(xiàn)來(lái)延長(zhǎng)接線(xiàn)，顯然作為銅作為一種單一材料不會(huì)輸出熱電勢(shì)，回路中的總熱電勢(shì)就是熱電偶本身在（600℃，60℃）的數(shù)值；而補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)在（60℃，0℃）之間輸出的熱電勢(shì)與熱電偶本身幾乎相同，這樣就相當(dāng)于熱電偶直接連接到0℃的冷端上了。

然而在實(shí)際使用中維持一個(gè)穩(wěn)定的冷端溫度依舊比較麻煩，一個(gè)更方便但成本也更高的方法是為熱電偶添加溫度補(bǔ)償功能，即額外增加一個(gè)熱電阻（如Pt100）用來(lái)測(cè)量熱電偶的冷端溫度，并根據(jù)測(cè)得的數(shù)值實(shí)時(shí)計(jì)算補(bǔ)償；之后再經(jīng)過(guò)變送器將測(cè)量出的熱電勢(shì)轉(zhuǎn)化成4-20mA等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，這樣就無(wú)需再考慮補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)等令人頭疼的問(wèn)題了。

圖 2 卓然天工WRNK236熱電偶溫度計(jì)

這里順便簡(jiǎn)單介紹一下熱電阻。熱電阻利用金屬電阻隨溫度變化的關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)溫，比如常見(jiàn)的Pt100熱電阻在0℃下的電阻值R0=100Ω，在500℃下則為280.90Ω，測(cè)得電阻值就能反推溫度值。

圖 3 常見(jiàn)熱電阻的特性曲線(xiàn)

通常熱電阻在低溫下（約500℃以下）具有更好的準(zhǔn)確度和線(xiàn)性度，且不用考慮冷端溫度、補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)等問(wèn)題，；當(dāng)待測(cè)溫度高達(dá)1000℃以上時(shí)，溫度變化引起的電阻變化量將減小，且線(xiàn)性度也有所降低。總之一句話(huà)，高溫用熱電偶，低溫用熱電阻，就ok啦。