本文將簡要介紹熱電偶，特別是冷端和不同的冷端補償方法。

在處理過程儀表校準的多年工作中，您可能會常常感到驚訝，即使是經常使用熱電偶的人可能也并不是那么了解熱電偶是如何工作的。那么冷端（參考）究竟是如何工作的？為了能夠討論冷端，我們首先需要對熱電偶理論和熱電偶的工作原理做一個簡短的了解。

冷端或參考端

熱電偶“冷端”通常被稱為“參考端”，但在我們看來人們更經常使用“冷端”。

熱電偶

熱電偶是化工廠中常見的溫度傳感器。熱電偶的一些優點使其得到廣泛應用。它們可用于測量非常高的溫度，遠高于電阻式溫度傳感器（RTD）。熱電偶也是一個非常堅固的傳感器，所以它不容易斷裂。盡管熱電偶不如電阻式溫度傳感器準確，但在許多應用中它們的準確度足夠達到要求。

熱電偶是如何工作的？

熱電偶由兩條由不同的電導體制成的導線組成，它們的一端連接在一起（“熱”端），這是用來測量溫度的一端。

正如1821年托馬斯·約翰·塞貝克（Thomas Johann Seebeck）發現的那樣，當這些電線的連接點被置于不同的溫度下時，會產生熱電流，從而在開口端的電線之間產生一個很小的電壓。電壓取決于溫度和所用導電導線的材料。這種效應被稱為塞貝克效應。

熱電偶的簡化原理圖

上圖中“熱電偶材料1和2”代表熱電偶所用的兩種不同材料。“T1”是熱電偶的熱端，即用于測量溫度的點。兩個“TCJ”是冷端的溫度。因為熱電偶絲中的溫度梯度實際上產生了熱電壓，一直在“熱”和“冷”端之間。所以，不是連接點產生了電壓，而是沿著電線的溫度梯度產生了電壓。但熱電壓是在冷熱端之間產生的這一解釋更容易被理解。

熱電偶類型和材料

有許多類型的熱電偶由不同的材料和合金制造。不同的材料會導致不同的靈敏度，在相同的溫度下產生不同的熱電壓，并會影響其他特性。

幾種不同的熱電偶類型已經標準化，并為所使用的指定材料提供了名稱。名稱通常非常短，通常只有一個字母,如 K、R、S、J、K 等類型。

最常見的熱電偶及其材料

熱電偶的熱電壓

由于不同的熱電偶是由不同的材料制成的，因此熱電電壓也不同，如下圖所示。在同一溫度下，不同類型之間產生的電壓相差很大。

熱電偶的賽貝克系數

如果您想測量較低的溫度，顯然最好使用更敏感的類型，因為它們提供更高的電壓，更容易測量。但如果您需要去高溫，可能要選擇一些不太敏感的類型，可以在極端高溫下使用。

賽貝克系數表示熱電偶的電壓相對于溫度的變化有多大。上圖說明了不同熱電偶之間的不同靈敏度，也解釋了為什么熱電偶校驗儀對于不同類型的熱電偶通常具有不同的精度規格。

冷端

我們展示了簡化的熱電偶原理的圖片，顯示兩個不同的導體連接在一起在"熱端"連接中產生了熱電壓。這時候，您會問的大問題應該是——電線的另一端呢?

當您測量熱電偶的電壓時，您可以把熱電偶的導線連接到萬用表上。萬用表連接材料通常是鍍銅或鍍金的，因此它與熱電偶材料不同，這意味著您在萬用表連接中創建了兩個新的熱電偶！

在上圖中，材料1和材料2是形成熱電偶的兩個熱電偶材料。“熱端”是它們焊接在一起的點，這是測量過程溫度的點，也是產生電壓U1的點。這個U1是我們要測量的。在“冷端”點，熱電偶與電壓表相連，電壓表的連接由不同的材料（材料3）制成。在這些連接中，產生了熱電壓U2和U3。正是這些U2和U3電壓我們不想測量，所以我們想去掉它們或者補償它們。

如上圖所示，實際上是在測量串聯的三（3）個熱電偶的電壓。顯然，您只想測量“熱”端的電壓/溫度，而不想測量其他兩個連接點。

冷端選擇和補償方法

1.冰點槽法

根據其性質，熱電偶接頭在0°C（32°F）溫度下不會產生任何熱電壓。所以，您可以在那個溫度下連接冷端，例如在冰點槽中或者精確的溫度校準爐中。在冰點槽中將熱電偶導線連接到銅線上，而在連接過程中不會產生熱電壓。那么您就不必擔心冷端了。

連接需要與冰浴中的水進行電氣隔離，以避免任何泄漏電流導致錯誤或可能產生腐蝕。

這是一種非常精確的方法，校準實驗室通常會這樣做。不管怎么說，在化工廠，這是不太實際的，所以它通常不用于化工廠。

2.固定溫度下的冷端

由于冰槽被發現是不切實際的，您也可以在已知的、固定的溫度做冷端連接。可以使用一個小的接線盒，它有一個溫度控制裝置，使接線盒始終保持一定的溫度。通常情況下，溫度高于環境溫度，所以箱子只需要加熱，而不需要冷卻。

當您知道冷端的溫度，也知道熱電偶的類型，就可以計算和補償冷端的熱電壓。

許多測量設備或溫度校驗儀都具有輸入冷端溫度的功能，設備將為您進行所有計算并進行補償。

3. 測量冷端溫度

可以用溫度傳感器測量冷端的溫度。然后，您可以補償冷端效應，但是補償有點困難，因為您需要一直測量冷端溫度，并且知道您的熱電偶類型，進行計算以了解冷端效應。

幸運的是，許多溫度校驗儀提供了使用溫度傳感器測量冷端溫度的功能，并且該設備自動進行所有補償和計算。

4.測量裝置中的自動在線補償

將其留給測量設備來自動計算。測量裝置（變送器、DCS輸入卡）可隨時測量冷端溫度，并自動在線補償冷端誤差。由于測量裝置也知道熱電偶的類型，所以可以自動連續地進行補償。

這必然是在正常測量和校準中補償冷端的最簡單和最實用的方法，因為您不需要擔心冷端，而是讓設備來處理。