1.概述

工業(yè)常用溫度傳感器分為電阻溫度計(jì)、熱電溫度計(jì)兩類。熱電偶是熱電溫度計(jì)的敏感元件，測(cè)量基礎(chǔ)是1821年托馬斯·塞貝克發(fā)現(xiàn)的熱電現(xiàn)象。當(dāng)兩種異質(zhì)金屬的兩端相連接，兩個(gè)連接端處于不同溫度時(shí)，將產(chǎn)生與溫度差成正比的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，感受被測(cè)溫度的一端稱為測(cè)量端，處于已知溫度的另一端稱為參比端，也稱冷端。

本文對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 16839.1-2018 熱電偶 第1部分 電動(dòng)勢(shì)規(guī)范和允差》中K型熱電偶的電動(dòng)勢(shì)溫度換算方法作簡要介紹。以下將該國家標(biāo)準(zhǔn)簡稱為標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)包含分度號(hào)為A、B、C、E、J、K、N、R、S、T 的10種常用熱電偶分度函數(shù)、分度反函數(shù)、分度表、材料、允差及固定點(diǎn)電動(dòng)勢(shì)。其中分度函數(shù)及其反函數(shù)、分度表的參比端均為0℃。

2.電動(dòng)勢(shì)-溫度分度函數(shù)

式中： 

E ― 電動(dòng)勢(shì)，單位為微伏（uV）；             

a_i ― 多項(xiàng)式第i項(xiàng)的系數(shù)；

t ― 溫度值，單位為攝氏度（℃）；            

n ― 多項(xiàng)式階數(shù)；

c_o，c₁ ― 常數(shù)項(xiàng)，由K型熱電偶分度函數(shù)表給出。

其中a_i，n 的值由熱電偶的類型和溫度范圍確定，在各自分度函數(shù)表中列出。溫度范圍為0℃～1300℃的 K 型熱電偶用多項(xiàng)式（2）；低于0℃的 K 型與標(biāo)準(zhǔn)中其它型熱電偶均用多項(xiàng)式（1）。K 型熱電偶的分度函數(shù)表如下：

K 型熱電偶分度表范圍是 -270℃～1300℃。按多項(xiàng)式（1）計(jì)算溫度低于0℃的電動(dòng)勢(shì)，多項(xiàng)式（2）計(jì)算0℃及以上溫度的電動(dòng)勢(shì)，以10℃為間隔形成以下分度表（冷端0℃）。

上表按四舍五入原則保留小數(shù)點(diǎn)后兩位。標(biāo)準(zhǔn)中分度表是間隔1℃、按四舍五入原則不保留小數(shù)點(diǎn)。按上表畫出如下溫度電動(dòng)勢(shì)關(guān)系曲線。

從圖中可以看出，K 型熱電偶的電動(dòng)勢(shì)在0℃以上近似一條直線。

3.反函數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)中所列熱電偶的反函數(shù)均為下列多項(xiàng)式，包括0℃～1300℃范圍內(nèi)的 K 型熱電偶。

式中：d_i  ― 多項(xiàng)式第 i 項(xiàng)的系數(shù)；其余參數(shù)同多項(xiàng)式（1）。

K型熱電偶的反函數(shù)系數(shù)表如下：

4. 電動(dòng)勢(shì)計(jì)算溫度

計(jì)算方法有公式法與查表法兩種。公式法按標(biāo)準(zhǔn)中反函數(shù)多項(xiàng)式及反函數(shù)系數(shù)表中系數(shù)計(jì)算，K 型熱電偶反函數(shù)系數(shù)表只提供-200℃~1300℃范圍內(nèi)的系數(shù)。查表法使用標(biāo)準(zhǔn)中K型熱電偶分度表，可以覆蓋-270℃~1300℃。

? 公式法:

將測(cè)量到的電動(dòng)勢(shì)代入多項(xiàng)式(3)，即可計(jì)算出溫度值。用工具軟件驗(yàn)證過 K 型熱電偶，計(jì)算誤差符合其反函數(shù)表中給出的極限值。

公式法還可以由用戶輸入特制熱電偶的反函數(shù)系數(shù)、階數(shù)，用多項(xiàng)式(3)計(jì)算特制熱電偶測(cè)量的溫度值。

? 查表法:

用測(cè)量到的電動(dòng)勢(shì)(V)查 K 型熱電偶分度表，可定位到分度表中相鄰兩個(gè)電動(dòng)勢(shì) (V_h、V_l) 之間或等于某個(gè)電動(dòng)勢(shì)。與某個(gè)電動(dòng)勢(shì)相等時(shí)，可直接讀出該電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng)的溫度。定位在兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)之間時(shí)，可用公式  計(jì)算出溫度的小數(shù)部分。其中 V_h 是相鄰的較大電動(dòng)勢(shì)、V_l 是相鄰的較小電動(dòng)勢(shì)。然后用 V_l 對(duì)應(yīng)整數(shù)溫度加上公式計(jì)算出的小數(shù)部分，即可得到計(jì)算后的溫度，即 t=t_l+k，式中的 t_l 是較小電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng)的整數(shù)溫度值。

上述查表法中的分度表過于龐大，也可以適當(dāng)刪減。刪減分度表后仍可用上述查表法計(jì)算溫度，合計(jì)溫度時(shí)的公式改為 t=t+k(t_h-t_l) ，其中 t_h 是較大電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng)的溫度值，其它參數(shù)定義同上。

5.冷端（參比端）補(bǔ)償

上述計(jì)算過程基于冷端溫度是0℃。當(dāng)冷端溫度不是0℃時(shí)，需要測(cè)量冷端溫度后對(duì)上述計(jì)算過程做冷端補(bǔ)償。冷端溫度范圍應(yīng)覆蓋工業(yè)級(jí)環(huán)境溫度，分度表是否覆蓋工業(yè)級(jí)環(huán)境溫度導(dǎo)致兩種補(bǔ)償方法。

當(dāng)冷端溫度在分度表范圍內(nèi)時(shí)，可用分度函數(shù)或反查分度表計(jì)算出冷端電動(dòng)勢(shì)。將測(cè)量到的電動(dòng)勢(shì)與冷端電動(dòng)勢(shì)相加得到補(bǔ)償電動(dòng)勢(shì)，再用補(bǔ)償電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行上述計(jì)算，得到冷端補(bǔ)償后的溫度值。

當(dāng)冷端溫度不在分度表范圍內(nèi)或不可用(如B型偶)時(shí)，先用上述計(jì)算方法得到0℃冷端的測(cè)量溫度，再加上冷端溫度后得到冷端補(bǔ)償后的溫度值。

6.中科博微的溫度變送器

7.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)接入點(diǎn)

中科博微致力于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和集成應(yīng)用。

擁有國內(nèi)第一、國際第三個(gè)通過國際認(rèn)證的現(xiàn)場總線協(xié)議棧，國內(nèi)第一個(gè)通過國際認(rèn)證的現(xiàn)場總線儀表，國內(nèi)第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)示范應(yīng)用，國內(nèi)第一個(gè)通過國際認(rèn)證的功能安全儀表，國內(nèi)第一個(gè)通過國際認(rèn)證的無線HART產(chǎn)品等。

中科博微是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域國家重要科技計(jì)劃項(xiàng)目的主要承擔(dān)單位之一，多年來承擔(dān)了多個(gè)國家科技重大專項(xiàng)，國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)，智能制造裝備發(fā)展專項(xiàng)等國家科技計(jì)劃項(xiàng)目。

公司在技術(shù)能力、技術(shù)成果及技術(shù)儲(chǔ)備方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，擁有一批實(shí)力雄厚的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，為公司產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。