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上海儀表三廠兩種熱電偶的測量方案

 更新時間:2020-12-07 點擊量:965

熱電偶原理

熱電偶由在一頭相連的兩根不同金屬線組成,相連端稱為測量(“熱”)接合點。金屬線不相連的另一頭接到信號調(diào)理電路走線,它一般由銅制成。在熱電偶金屬和銅走線之間的這一個接合點叫做參考(“冷”)接合點。

熱電偶

*我們使用術(shù)語“測量接合點“和“參考接合點”而不是更傳統(tǒng)的“熱接合點”和“冷接合點”。傳統(tǒng)命名體系可能會令人產(chǎn)生困惑,因為在許多應(yīng)用中,測量接合點可能比參考接合點溫度更低。

在參考接合點處產(chǎn)生的電壓取決于測量接合點和參考接合點兩處的溫度。由于熱電偶是一種差分器件而不是式溫度測量器件,必須知道參考接合點溫度以獲得的溫度讀數(shù)。這一過程被稱為參考接合點溫度補(bǔ)償(冷接合點補(bǔ)償)。

熱電偶已成為在合理精度內(nèi)高性價比測量寬溫度范圍的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法。它們應(yīng)用于高達(dá) 約+2500°C的各種場合,如鍋爐、熱水器、烤箱和風(fēng)機(jī)引擎等。K型是受歡迎的熱電偶,包括Chromel?和Alumel?(特點是分別含鉻、鋁、 鎂和硅的鎳合金),測量范圍是–200°C至+1250°C。

為什么使用熱電偶?
優(yōu)點
溫度范圍廣:從低溫到噴氣引擎廢氣,熱電偶適用于大多數(shù)實際的溫度范圍。熱電偶測量溫度范圍在–200°C至+2500°C之間, 具體取決于所使用的金屬線。堅固耐用:熱電偶屬于耐用器件,抗沖擊振動性好,適合于危險惡劣的環(huán)境。響應(yīng)快:因為它們體積小,熱容量低,熱電偶對溫度變化響應(yīng)快,尤其在感應(yīng)接合點裸露時。它們可在數(shù)百毫秒內(nèi)對溫度變化作出響應(yīng)。無自發(fā)熱:由于熱電偶不需要激勵電源,因此不易自發(fā)熱,其本身是安全的。
缺點
信號調(diào)理復(fù)雜:將熱電偶電壓轉(zhuǎn)換成可用的溫度讀數(shù)必需進(jìn)行大量的信號調(diào)理。一直以來,信號調(diào)理耗費大量設(shè)計時間,處理不當(dāng)就會引入誤差,導(dǎo)致精度降低。精度低:除了由于金屬特性導(dǎo)致的熱電偶內(nèi)部固有不性外,熱電偶測量精度只能達(dá)到參考接合點溫度的測量精度,一般在1°C至2°C內(nèi)。易受腐蝕:因為熱電偶由兩種不同的金屬所組成,在一些工況下,隨時間而腐蝕可能會降低精度。因此,它們可能需要保護(hù);且保養(yǎng)維護(hù)*。抗噪性差:當(dāng)測量毫伏級信號變化時,雜散電場和磁場產(chǎn)生的噪聲可能會引起問題。絞合的熱電偶線對可能 大幅降低磁場耦合。使用屏蔽電纜或在金屬導(dǎo)管內(nèi)走線和防護(hù)可降低電場耦合。測量器件應(yīng)當(dāng)提供硬件或軟件方式的信號過濾,有力抑制工頻頻率(50 Hz/60 Hz)及其諧波。
熱電偶測量的難點
將熱電偶產(chǎn)生的電壓變換成溫度讀數(shù)并不是件輕松的事情,原因很多:電壓信號太弱,溫度電壓關(guān)系呈非線性,需要參考接合點補(bǔ)償,且熱電偶可能引起接地問題。讓我們逐一分析這些問題。

電壓信號太弱:見的熱電偶類型有J、K和T型。在室溫下,其電壓變化幅度分別為52 μV/°C、41 μV/°C和41 μV/°C。其它較少見的類型溫度電壓變化幅度甚至更小。這種微弱的信號在模數(shù)轉(zhuǎn)換前需要較高的增益級。表1比較了各種熱電偶類型的靈敏度。

表1. 25°C時各種熱電偶類型的電壓變化和溫度升高關(guān)系

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