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        全方位了解熱電偶參考結的補償問題

        發布時間:2019-08-01 08:56:56來源:


              由于參考結存在的不可避免的事實,參考結補償是任何精密熱電偶電路的必要部分。當您形成不同金屬的完整電路時,您將形成測量結和參考結,這兩個結的極性彼此相反。這就是每個精密熱電偶儀器中必須存在參考結補償的原因 - 無論是采用硬件電路還是軟件算法。
              每個精密熱電偶儀器中存在參考結補償會產生一個有趣的現象:如果您直接將此類儀器的熱電偶輸入端子短路,它將始終記錄環境溫度,無論熱電偶類型如何構建或配置儀器對于。這種行為可以通過示例來說明,首先示出正常的操作溫度測量系統,然后使該系統短路。在這里,我們看到溫度指示器接收來自溫度變送器的4-20 mA電流信號,該溫度變送器接收來自“K”型熱電偶的毫伏信號,感應過程溫度為780華氏度:
              變送器的內部參考結補償功能可以補償68華氏度的環境溫度。如果環境溫度上升或下降,補償將自動調整參考結電位的變化,這樣輸出仍然會記錄780華氏度的過程(測量結點)溫度。這就是參考結點補償的設計目標做?,F在,我們將熱電偶與溫度變送器斷開,并使變送器的輸入短路:
              在輸入短路的情況下,變送器“看不到”來自熱電偶電路的電壓。沒有測量結或參考結來補償,只是一條導線使兩個輸入端子電氣共用。這意味著變送器內部的參考接合點補償不再起到有用的作用。但是,變送器“不知道”它不再連接到熱電偶,因此即使沒有任何補償,補償也會繼續工作?;叵胍幌掠布a償熱電偶儀器中與測量,參考和補償電壓相關的電壓方程:
              V meter = V J1 -V J2 + V rjc
        斷開熱電偶線并將短路跳線連接到儀器上會消除VJ1和VJ2項,只留下儀表讀取的補償電壓(注):
              V 米 = 0 + V rjc
              V 米 = V rjc
              注意:對于具有軟件補償而非硬件補償的儀器,效果將完全相同。通過軟件補償,沒有文字Vrjc電壓源,但是等效毫伏值以數字方式添加到熱電偶連接端子處測量的零輸入,從而產生與測量環境溫度相同的效果。
              這就是儀器記錄參考結補償功能產生的等效溫度的原因:這是它在輸入端短路時“看到”的唯一信號。無論儀器配置哪種類型的熱電偶,這種現象都是正確的,這使得它可以方便地“快速測試”現場儀器功能。如果技術人員將任何熱電偶儀器的輸入端子短路,它應該像檢測環境溫度一樣進行響應。
              雖然這個有趣的特性是熱電偶儀器中參考結補償的一個有用的副作用,但還有其它效果并不那么有用。參考結補償的存在變得非常麻煩,例如,如果試圖使用精密毫伏電源來模擬熱電偶。只需將毫伏電源設置為與熱電偶表中給出的所需(模擬)溫度相對應的值,就會產生除水的冰點以外的任何環境溫度的錯誤結果。
              例如,假設技術人員希望通過將毫伏電源設置為6.094毫伏(根據ITS-90標準,對應于K型熱電偶的300 oF的電壓)來模擬300華氏度的K型熱電偶。將毫伏源連接到儀器不會導致儀器響應適合300華氏度:
              相反,儀器記錄339度,因為其內部參考結補償功能仍然有效,從而補償不再存在的參考結電壓。毫伏電源的輸出為6.094 mV,加到補償電壓(變送器內部)0.865 mV - 必要的毫伏值,以補償71 oF的K型參考結 - 結果是更大的毫伏(6.959 mV)解釋由變送器的溫度為339 oF。
              使用毫伏電源來模擬所需溫度的一種方法是讓儀器技術人員通過指定由變送器補償產生的等效電壓量抵消的毫伏信號來“超出”變送器的補償特性。換句話說,不是將毫伏源設置為6.094 mV,技術人員應將源設置為僅5.229 mV,因此變送器的補償將增加0.865 mV至此值,達到6.094 mV并正確記錄為300華氏度:
              多年前,用于生成校準熱電偶儀器所需的精確毫伏信號的唯一合適的測試設備是稱為精密電位計的設備。這些“電位計”使用穩定的汞電池(有時稱為標準電池)作為電壓參考,使用帶校準旋鈕的電位計輸出低電壓信號。這里顯示了兩個老式精密電位器的照片:
              當然,現代熱電偶校準器還提供溫度的直接輸入和自動補償,以“無補償”變送器,從而可以輕松模擬任何所需的溫度:
              在此示例中,當技術人員將校準器設置為300 oF(K型)時,它會測量環境溫度并自動從輸出信號中減去0.865 mV,因此只有5.229 mV發送到發送器端子而不是完整的6.094 mV。變送器的內部參考結補償增加了0.865 mV的偏移值(認為它必須補償實際上不存在的參考結)并且“看到”總信號電壓為6.094 mV,將其正確解釋為300華氏度。
              下圖顯示了用于生成熱電偶信號的現代熱電偶校準設備的顯示。在此特定示例中,熱電偶類型設置為在2650華氏度的溫度下鍵入“S”(鉑 - 銠/鉑):
              ITS-90熱電偶標準規定,對于S型熱電偶結,在2650華氏度(參考結溫為32華氏度)時,毫伏信號值為15.032 mV。請注意,即使模擬溫度設置為2650華氏度,校準器也不會輸出15.032 mV。相反,它輸出14.910 mV,比15.032 mV小0.122 mV。這個0.122 mV的偏移對應于校準器的當地溫度為70.8華氏度(根據S-S熱電偶的ITS-90標準)。
              當校準器的14.910 mV信號到達正在校準的熱電偶儀器(無論是指示器,變送器,還是配備S型熱電偶輸入的控制器)時,儀器自身的內部參考結補償將增加0.122 mV至接收信號14.910 mV,“思考”它需要補償真正的參考結。結果將是一個15.032 mV的感知測量結信號,這正是我們希望儀器“思考”它看到的,如果我們的目標是模擬在2650華氏度的溫度下與真實S型熱電偶的連接。相關產品推薦:上海自動化儀表四廠、K型熱電偶、磁翻板液位計、雷達液位計 電磁流量計 超聲波流量計 孔板流量計 磁翻板液位計 壓力變送器 渦街流量計
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