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新聞詳情
詳情描述裝配熱電偶的冷端補(bǔ)償、線性化、選型及其6個(gè)安裝使用方式和方法來(lái)源：上海儀表廠有限公司作者：上海自動(dòng)化儀表股份有限公司
上海自動(dòng)化儀表股份有限公司自動(dòng)化三廠裝配熱電偶是最受歡迎的溫度傳感器。它們便宜，可互換，具有標(biāo)準(zhǔn)連接器，可以測(cè)量各種溫度。主要限制是準(zhǔn)確性：可能難以實(shí)現(xiàn)低于1°C的系統(tǒng)誤差。下面上海自動(dòng)化儀表有限公司自動(dòng)化儀表三廠的專(zhuān)家們?yōu)槟娓攀鲫P(guān)于熱電偶的冷端補(bǔ)償、線性化、類(lèi)型及其6個(gè)使用注意事項(xiàng)。  標(biāo)準(zhǔn)表顯示了熱電偶在任何給定溫度下產(chǎn)生的電壓，因此例如在上圖中，300°C的K型熱電偶將產(chǎn)生12.2 mV。不幸的是，不可能簡(jiǎn)單地將電壓表連接到熱電偶來(lái)測(cè)量該電壓，因?yàn)殡妷罕硪€的連接將產(chǎn)生第二個(gè)不希望的熱電偶結(jié)。為了進(jìn)行精確測(cè)量，必須使用稱(chēng)為冷端補(bǔ)償（CJC）的技術(shù)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。如果您想知道為什么將電壓表連接到裝配熱電偶不會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)額外的裝配熱電偶連接（引線連接到裝配熱電偶，通向儀表，儀表內(nèi)部等），中間金屬定律規(guī)定，如果兩個(gè)結(jié)處于相同溫度，則插入熱電偶結(jié)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(jié)的構(gòu)造中也很重要。通過(guò)將兩種金屬焊接在一起來(lái)制造熱電偶結(jié)是可以接受的，因?yàn)楹噶喜粫?huì)影響讀數(shù)。然而，在實(shí)踐中，熱電偶結(jié)通過(guò)將兩種金屬焊接在一起（通常通過(guò)電容放電）來(lái)制造，因?yàn)檫@確保了性能不受焊料熔點(diǎn)的限制。通過(guò)將兩種金屬焊接在一起來(lái)制造裝配熱電偶結(jié)是可以接受的，因?yàn)楹噶喜粫?huì)影響讀數(shù)。然而，在實(shí)踐中，熱電偶結(jié)通過(guò)將兩種金屬焊接在一起（通常通過(guò)電容放電）來(lái)制造，因?yàn)檫@確保了性能不受焊料熔點(diǎn)的限制。通過(guò)將兩種金屬焊接在一起來(lái)制造裝配熱電偶結(jié)是可以接受的，因?yàn)楹噶喜粫?huì)影響讀數(shù)。然而，在實(shí)踐中，裝配熱電偶結(jié)通過(guò)將兩種金屬焊接在一起（通常通過(guò)電容放電）來(lái)制造，因?yàn)檫@確保了性能不受焊料熔點(diǎn)的限制。 所有標(biāo)準(zhǔn)熱電偶表都允許第二個(gè)熱電偶連接，假設(shè)它保持在零攝氏度。傳統(tǒng)上，這是通過(guò)精心構(gòu)造的冰浴完成的（因此稱(chēng)為“冷”結(jié)合補(bǔ)償）。對(duì)于大多數(shù)測(cè)量應(yīng)用來(lái)說(shuō)，維持冰浴是不實(shí)際的，因此記錄了熱電偶線連接到測(cè)量?jī)x器的實(shí)際溫度。 通常，冷結(jié)溫度由精密熱敏電阻檢測(cè)，與測(cè)量?jī)x器的輸入連接器良好熱接觸。測(cè)量?jī)x器使用該第二溫度讀數(shù)以及熱電偶本身的讀數(shù)來(lái)計(jì)算熱電偶尖端的真實(shí)溫度。對(duì)于不太關(guān)鍵的應(yīng)用，CJC由半導(dǎo)體溫度傳感器執(zhí)行。通過(guò)將來(lái)自該半導(dǎo)體的信號(hào)與來(lái)自熱電偶的信號(hào)組合，可以在不需要或花費(fèi)記錄兩個(gè)溫度的情況下獲得正確的讀數(shù)。了解冷端補(bǔ)償很重要; 冷結(jié)溫度測(cè)量中的任何誤差都會(huì)導(dǎo)致裝配熱電偶尖端的測(cè)量溫度出現(xiàn)相同的誤差。 熱電偶線性化 除了處理CJC之外，測(cè)量?jī)x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(guān)系是高階多項(xiàng)式方程（取決于熱電偶類(lèi)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(lèi)的高精度儀器將熱電偶表存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中以消除這種誤差源。 裝配熱電偶類(lèi)型 裝配熱電偶可作為裸線“磁珠”熱電偶提供，可提供低成本和快速響應(yīng)時(shí)間，或內(nèi)置于探頭中。提供各種探頭，適用于不同的測(cè)量應(yīng)用（工業(yè)，科學(xué)，食品溫度，醫(yī)學(xué)研究等）。一句警告：選擇探頭時(shí)要注意確保它們具有正確類(lèi)型的連接器。兩種常見(jiàn)類(lèi)型的連接器是帶有圓形銷(xiāo)的“標(biāo)準(zhǔn)”和帶有扁銷(xiāo)的“微型”連接器。這引起了一些混亂，因?yàn)椤拔⑿汀边B接器比“標(biāo)準(zhǔn)”類(lèi)型更受歡迎。 選擇裝配熱電偶時(shí)，應(yīng)考慮裝配熱電偶類(lèi)型，絕緣和探頭結(jié)構(gòu)。所有這些都會(huì)對(duì)可測(cè)量的溫度范圍，讀數(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性產(chǎn)生影響。下面列出的是裝配熱電偶類(lèi)型的指南（有點(diǎn)主觀）。 K型（鉻鎳鋁合金/ alumel） K型是“通用”熱電偶。它價(jià)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(yīng)用是舊設(shè)備，不能接受'現(xiàn)代'熱電偶。J型不應(yīng)在760°C以上使用，因?yàn)橥蝗坏拇呸D(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)致永久性的校準(zhǔn)。 N型（nicrosil / nisil） 高穩(wěn)定性和耐高溫氧化性能使N型適用于高溫測(cè)量而無(wú)需鉑（B，R，S）類(lèi)型的成本。設(shè)計(jì)為“改進(jìn)型”K型，它正變得越來(lái)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(wěn)定的，但由于其靈敏度低（約10μV/°C），它們通常僅用于測(cè)量高溫（> 300°C）。 B型（鉑/銠） 適用于高達(dá)1800°C的高溫測(cè)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(shí)提供相同的輸出。這使它們?cè)?0°C以下無(wú)用。 R型（鉑/銠） 適用于高達(dá)1600°C的高溫測(cè)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(dá)1600°C的高溫測(cè)量。低靈敏度（10μV/°C）和高成本使它們不適合通用。由于其高穩(wěn)定性，S型被用作金的熔點(diǎn)（1064.43°C）的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。 范圍和靈敏度 選擇裝配熱電偶類(lèi)型時(shí)，請(qǐng)確保您的測(cè)量設(shè)備不限制可測(cè)量的溫度范圍。請(qǐng)注意，低靈敏度（B，R和S）的熱電偶具有相應(yīng)較低的分辨率。   大多數(shù)測(cè)量問(wèn)題和熱電偶誤差都是由于對(duì)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(jiàn)問(wèn)題和陷阱。 1、連接問(wèn)題 許多測(cè)量誤差是由無(wú)意的熱電偶連接引起的。請(qǐng)記住，任何兩種不同金屬的連接都會(huì)形成連接。如果需要延長(zhǎng)熱電偶的引線，則必須使用正確類(lèi)型的熱電偶延長(zhǎng)線（例如K型熱電偶的K型）。使用任何其他類(lèi)型的導(dǎo)線將引入裝配熱電偶結(jié)。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(yīng)時(shí)間，熱電偶由細(xì)線制成（在鉑類(lèi)型的情況下，成本也是一個(gè)考慮因素）。這可能導(dǎo)致熱電偶具有高電阻，這會(huì)使其對(duì)噪聲敏感，并且還可能由于測(cè)量?jī)x器的輸入阻抗而導(dǎo)致誤差。具有32 AWG電線（直徑0.25 mm）的典型外露結(jié)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(xì)導(dǎo)線或長(zhǎng)電纜的熱電偶，則值得保持熱電偶引線短路，然后使用裝配熱電偶延長(zhǎng)線（厚度更大，電阻更低）在熱電偶和測(cè)量?jī)x器之間運(yùn)行。 3、Decalibration 這是無(wú)意中改變熱電偶線的構(gòu)成的結(jié)果。通常的原因是在極端的工作溫度下大氣顆粒擴(kuò)散到金屬中。另一個(gè)原因是來(lái)自絕緣體的雜質(zhì)和化學(xué)物質(zhì)擴(kuò)散到熱電偶線中。如果在高溫下操作，請(qǐng)檢查探頭絕緣的規(guī)格。 4、噪聲 熱電偶的輸出信號(hào)很小，因此很容易產(chǎn)生電噪聲。大多數(shù)測(cè)量?jī)x器（例如TC-08）都會(huì)抑制任何共模噪聲（兩根導(dǎo)線上的信號(hào)相同），因此可以通過(guò)將電纜扭絞在一起來(lái)最大限度地降低噪聲，以確保兩根導(dǎo)線都能獲得相同的噪聲信號(hào)。此外，TC-08使用集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器，有助于平均掉任何剩余噪聲。如果在極其嘈雜的環(huán)境中工作（例如靠近大型電機(jī)），則值得考慮使用屏蔽延長(zhǎng)電纜。如果懷疑是拾取噪音，請(qǐng)首先關(guān)閉所有可疑設(shè)備并查看讀數(shù)是否發(fā)生變化。 5、共模電壓 雖然熱電偶信號(hào)非常小，但是在測(cè)量?jī)x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(cè)試電機(jī)繞組和變壓器溫度時(shí)的問(wèn)題）或“接地”連接引起的?！敖拥亍边B接的典型示例是使用非絕緣熱電偶測(cè)量熱水管的溫度。如果接地不良，則管道與測(cè)量?jī)x器接地之間可能存在幾伏電壓。這些信號(hào)也是共模（兩個(gè)熱電偶線都相同），因此如果它們不是太大，大多數(shù)儀器都不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)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(dǎo)致測(cè)量誤差。 6、熱分流 所有裝配熱電偶都有一定的質(zhì)量。加熱此質(zhì)量需要能量，因此會(huì)影響您要測(cè)量的溫度?？紤]例如測(cè)量試管中液體的溫度：存在兩個(gè)潛在的問(wèn)題。首先，熱能將沿?zé)犭娕季€向上傳播并消散到大氣中，從而降低電線周?chē)后w的溫度。如果熱電偶沒(méi)有充分浸入液體中，則會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似的問(wèn)題。由于導(dǎo)線上較冷的環(huán)境空氣溫度，熱傳導(dǎo)可能導(dǎo)致裝配熱電偶結(jié)與液體本身處于不同的溫度。在上面的例子中，具有較細(xì)線的熱電偶可能有所幫助，因?yàn)樗鼘⒃谝后w和環(huán)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(xì)線的熱電偶，則必須考慮引線電阻。使用帶有細(xì)線的裝配熱電偶連接到延長(zhǎng)線通常可以提供最佳使用狀態(tài)。
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