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        全面概述關于熱電偶的冷端補償、線性化、類型及其6個使用注意事項

        發布時間:2019-06-18 09:40:45來源:

              上海自動化儀表三廠熱電偶是最受歡迎的溫度傳感器。它們便宜,可互換,具有標準連接器,可以測量各種溫度。主要限制是準確性:可能難以實現低于1°C的系統誤差。下面上海自動化儀表三廠的專家們為您全面概述關于熱電偶的冷端補償、線性化、類型及其6個使用注意事項。
              1822年,一位名叫Thomas Seebeck的愛沙尼亞物理學家發現,兩種金屬之間的連接產生的電壓是溫度的函數。熱電偶依賴于塞貝克效應。盡管幾乎任何兩種類型的金屬都可以用于制造熱電偶,但是使用了許多標準類型,因為它們具有可預測的輸出電壓和大的電壓/溫度梯度。該圖顯示了K型熱電偶,這是最受歡迎的。
         
        熱電偶冷端補償
              標準表顯示了熱電偶在任何給定溫度下產生的電壓,因此例如在上圖中,300°C的K型熱電偶將產生12.2 mV。不幸的是,不可能簡單地將電壓表連接到熱電偶來測量該電壓,因為電壓表引線的連接將產生第二個不希望的熱電偶結。為了進行精確測量,必須使用稱為冷端補償(CJC)的技術對其進行補償。如果您想知道為什么將電壓表連接到熱電偶不會產生幾個額外的熱電偶連接(引線連接到熱電偶,通向儀表,儀表內部等),中間金屬定律規定,如果兩個結處于相同溫度,則插入熱電偶結的兩種不同金屬之間的第三種金屬將不起作用。該定律在熱電偶結的構造中也很重要。通過將兩種金屬焊接在一起來制造熱電偶結是可以接受的,因為焊料不會影響讀數。然而,在實踐中,熱電偶結通過將兩種金屬焊接在一起(通常通過電容放電)來制造,因為這確保了性能不受焊料熔點的限制。通過將兩種金屬焊接在一起來制造熱電偶結是可以接受的,因為焊料不會影響讀數。然而,在實踐中,熱電偶結通過將兩種金屬焊接在一起(通常通過電容放電)來制造,因為這確保了性能不受焊料熔點的限制。通過將兩種金屬焊接在一起來制造熱電偶結是可以接受的,因為焊料不會影響讀數。然而,在實踐中,熱電偶結通過將兩種金屬焊接在一起(通常通過電容放電)來制造,因為這確保了性能不受焊料熔點的限制。
              所有標準熱電偶表都允許第二個熱電偶連接,假設它保持在零攝氏度。傳統上,這是通過精心構造的冰浴完成的(因此稱為“冷”結合補償)。對于大多數測量應用來說,維持冰浴是不實際的,因此記錄了熱電偶線連接到測量儀器的實際溫度。
              通常,冷結溫度由精密熱敏電阻檢測,與測量儀器的輸入連接器良好熱接觸。測量儀器使用該第二溫度讀數以及熱電偶本身的讀數來計算熱電偶尖端的真實溫度。對于不太關鍵的應用,CJC由半導體溫度傳感器執行。通過將來自該半導體的信號與來自熱電偶的信號組合,可以在不需要或花費記錄兩個溫度的情況下獲得正確的讀數。了解冷端補償很重要; 冷結溫度測量中的任何誤差都會導致熱電偶尖端的測量溫度出現相同的誤差。
        熱電偶線性化
              除了處理CJC之外,測量儀器還必須考慮到熱電偶輸出是非線性的。溫度和輸出電壓之間的關系是高階多項式方程(取決于熱電偶類型,為5至9階)。模擬線性化方法用于低成本熱電偶儀表。諸如Pico TC-08之類的高精度儀器將熱電偶表存儲在計算機存儲器中以消除這種誤差源。
        熱電偶類型
              熱電偶可作為裸線“磁珠”熱電偶提供,可提供低成本和快速響應時間,或內置于探頭中。提供各種探頭,適用于不同的測量應用(工業,科學,食品溫度,醫學研究等)。一句警告:選擇探頭時要注意確保它們具有正確類型的連接器。兩種常見類型的連接器是帶有圓形銷的“標準”和帶有扁銷的“微型”連接器。這引起了一些混亂,因為“微型”連接器比“標準”類型更受歡迎。
              選擇熱電偶時,應考慮熱電偶類型,絕緣和探頭結構。所有這些都會對可測量的溫度范圍,讀數的準確性和可靠性產生影響。下面列出的是熱電偶類型的指南(有點主觀)。
        K型(鉻鎳鋁合金/ alumel)
              K型是“通用”熱電偶。它價格便宜,并且由于其受歡迎程度,它可用于各種探頭。熱電偶的工作溫度范圍為-200°C至+ 1200°C。靈敏度約為41μV/°C。使用K型除非你有充分的理由不這樣做。
        E型(鉻鎳/康銅)
              E型具有高輸出(68μV/°C),非常適合低溫(低溫)使用。它也是非磁性的。
        J型(鐵/康銅)
              有限的范圍(-40到+ 750°C)使J型不如K型受歡迎。主要應用是舊設備,不能接受'現代'熱電偶。J型不應在760°C以上使用,因為突然的磁轉換會導致永久性的校準。
        N型(nicrosil / nisil)
              高穩定性和耐高溫氧化性能使N型適用于高溫測量而無需鉑(B,R,S)類型的成本。設計為“改進型”K型,它正變得越來越流行。
              B,R和S型熱電偶都是“貴金屬”金屬熱電偶,具有相似的特性。它們是所有熱電偶中最穩定的,但由于其靈敏度低(約10μV/°C),它們通常僅用于測量高溫(> 300°C)。
        B型(鉑/銠)
              適用于高達1800°C的高溫測量。不同尋常的是,B型熱電偶(由于其溫度/電壓曲線的形狀)在0°C和42°C時提供相同的輸出。這使它們在50°C以下無用。
        R型(鉑/銠)
              適用于高達1600°C的高溫測量。低靈敏度(10μV/°C)和高成本使它們不適合通用。
        S型(鉑/銠)
              適用于高達1600°C的高溫測量。低靈敏度(10μV/°C)和高成本使它們不適合通用。由于其高穩定性,S型被用作金的熔點(1064.43°C)的校準標準。
        范圍和靈敏度
              選擇熱電偶類型時,請確保您的測量設備不限制可測量的溫度范圍。請注意,低靈敏度(B,R和S)的熱電偶具有相應較低的分辨率。
         
              圖表顯示了不同溫度下熱電偶的電壓輸出。請注意,鉑基熱電偶的輸出功率非常低,這就解釋了為什么它們的使用僅限于測量高溫。
         
        熱電偶的使用注意事項
              大多數測量問題和熱電偶誤差都是由于對熱電偶的工作原理缺乏了解。下面列出了一些需要注意的常見問題和陷阱。
        1、連接問題
              許多測量誤差是由無意的熱電偶連接引起的。請記住,任何兩種不同金屬的連接都會形成連接。如果需要延長熱電偶的引線,則必須使用正確類型的熱電偶延長線(例如K型熱電偶的K型)。使用任何其他類型的導線將引入熱電偶結。使用的任何連接器必須由正確的熱電偶材料制成,并且必須遵守正確的極性。
        2、引線電阻
              為了最大限度地減少熱分流并縮短響應時間,熱電偶由細線制成(在鉑類型的情況下,成本也是一個考慮因素)。這可能導致熱電偶具有高電阻,這會使其對噪聲敏感,并且還可能由于測量儀器的輸入阻抗而導致誤差。具有32 AWG電線(直徑0.25 mm)的典型外露結熱電偶將具有大約15歐姆/米的電阻。Pico TC-08的輸入阻抗為2MΩ,因此12米電纜的誤差小于0.01%。如果需要帶有細導線或長電纜的熱電偶,則值得保持熱電偶引線短路,然后使用熱電偶延長線(厚度更大,電阻更低)在熱電偶和測量儀器之間運行。
        3、Decalibration
              這是無意中改變熱電偶線的構成的結果。通常的原因是在極端的工作溫度下大氣顆粒擴散到金屬中。另一個原因是來自絕緣體的雜質和化學物質擴散到熱電偶線中。如果在高溫下操作,請檢查探頭絕緣的規格。
        4、噪聲
              熱電偶的輸出信號很小,因此很容易產生電噪聲。大多數測量儀器(例如TC-08)都會抑制任何共模噪聲(兩根導線上的信號相同),因此可以通過將電纜扭絞在一起來最大限度地降低噪聲,以確保兩根導線都能獲得相同的噪聲信號。此外,TC-08使用集成模數轉換器,有助于平均掉任何剩余噪聲。如果在極其嘈雜的環境中工作(例如靠近大型電機),則值得考慮使用屏蔽延長電纜。如果懷疑是拾取噪音,請首先關閉所有可疑設備并查看讀數是否發生變化。
        5、共模電壓
              雖然熱電偶信號非常小,但是在測量儀器的輸入端通常存在更大的電壓。這些電壓可能是由電感拾?。y試電機繞組和變壓器溫度時的問題)或“接地”連接引起的。“接地”連接的典型示例是使用非絕緣熱電偶測量熱水管的溫度。如果接地不良,則管道與測量儀器接地之間可能存在幾伏電壓。這些信號也是共模(兩個熱電偶線都相同),因此如果它們不是太大,大多數儀器都不會出現問題。例如,TC-08的共模輸入范圍為-4 V至+4 V.如果共模電壓大于此值,將導致測量誤差。
        6、熱分流
              所有熱電偶都有一定的質量。加熱此質量需要能量,因此會影響您要測量的溫度??紤]例如測量試管中液體的溫度:存在兩個潛在的問題。首先,熱能將沿熱電偶線向上傳播并消散到大氣中,從而降低電線周圍液體的溫度。如果熱電偶沒有充分浸入液體中,則會出現類似的問題。由于導線上較冷的環境空氣溫度,熱傳導可能導致熱電偶結與液體本身處于不同的溫度。在上面的例子中,具有較細線的熱電偶可能有所幫助,因為它將在液體和環境空氣之間的連接處沿著熱電偶線引起更陡的溫度梯度。如果使用帶細線的熱電偶,則必須考慮引線電阻。使用帶有細線的熱電偶連接到更厚的熱電偶延長線通??梢蕴峁┳罴颜壑?。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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