Як виміряти термопари
Огляд температури та термопари
Температура - це середня кінетична енергія частинок при вимірюванні зразка об'єкта,
стандартною одиницею є ГГ "; градус." Температуру можна виміряти різними способами, а вартість і
Точність вимірювань може змінюватися. Термопари є одними з найпоширеніших датчиків температури
, оскільки термопари відносно недорогі і точні, і мають порівняно широкі
діапазон вимірювання.
Коли виникають два різні металеві контакти, точковий вузол контакту видає нижчу напругу холостого ходу
як функція температури, яка є термоелектричним ефектом. Різниця температур становить
напруга Зеебека, до 1821 виявив феномен фізика Томаса Зеебека. Це напруга
є нелінійним щодо температури, але може бути апроксимований як лінійний для малого
зміни температури, або:
Де ΔV - зміна напруги, S - коефіцієнт Зеебека, а ΔT - зміна температури.
Термоелементи випускаються різних типів і вказуються більшими літерами відповідно до
Конвенція Американського національного інституту стандартів (ANSI). Наприклад, термопара типу J
складається із залізного провідника та провідника зі мідно-нікелевого сплаву. Інші типи термопар
включають B, E, K, N, R, S і T.
Як виміряти термопари
фонові знання
Для кращого розуміння того, як проводяться вимірювання термопар, важливо розуміти
як працюють термопари. У першій частині цього документа будуть роз'яснені основні принципи
термопари, пізніша частина термопари пояснить, як досягти з'єднання
між приладом і способом вимірювання температури.
Напруга термопари Seebeck, якщо вона підключена безпосередньо до вимірювальної системи, підключена до
вимірювальна система і генерує додаткову термопару. Це не можна виміряти просто
підключення його до вольтметра або іншої вимірювальної системи.
Рисунок 1. Термопара типу J
Як показано на малюнку 1, схема, що використовує термопару типу J на температурі свічки
вимірювання. Дві лінії термопари з'єднані з мідними клемами збору даних
пристрою. Зверніть увагу, що в цій схемі є три металевих з'єднання - J1, J2 і J3. J1 - це
точка вимірювання термопари, що виробляє напругу Зеебека, пропорційну температурі tвін
свічка. Крім того, кожен із J2 та J3 має власний коефіцієнт Зеебека та в даних
термінал збору буде створювати температуру, пропорційну різниці температур напруги
, відомий як напруга холодної сторони. Для того, щоб визначити складову напруги J1, вона є
необхідно знати температуру контактів J2 і J3 і знати взаємозв'язок між
контактна напруга і температура. Таким чином, напруга переходу J1 можна отримати за допомогою
віднімання компонентів напруги паразитного переходу J2 та J3 від виміряної напруги.
Термопари вимагають певної температури, щоб компенсувати холодну сторону
згенерована помилка. Найчастіше призначається метод використання датчика температури, який може бути
безпосередньо зчитується для отримання еталонної температури переходу, мінус паразитна напруга на терміналі
компонент. Цей процес, відомий як компенсація холодного спаю, може спростити розрахунок холоду
компенсація спаю з використанням характеристик деяких термопар.
Використовуючи закон термопари шару переходу металу та інші припущення, ми можемо це побачити
вимірювання системи збору даних напруги залежить лише від типу термопари,
напруга на вимірювальній клемі та температура холодного переходу. Виміряна напруга
не залежить від складових напруги вимірювальних проводів і холодних клем J2, J3.
Рисунок 2. Закон термопари металевого перехідного шару
Розглянемо схему на малюнку 3. Ця схема подібна до схеми, описаної на рисунку 1
вище, за винятком того, що перед переходом J3 вставлений короткий шматок дроту з мідно-нікелевого сплаву.
Всі контакти мають однакову температуру. Припускаючи, що температури переходів J3 та J4 є
те саме, закон термоперетворювача шару перехідного металу стверджує, що схема на малюнку 3 є
електрично такий же, як схема на малюнку 1. Отже, будь-який з результатів схеми
3 можна застосувати до схеми, показаної на рис.
Рисунок 3. Вставка додаткового провідника в ізотермічному середовищі
Малюнок 3, контакти J2 та J4 належать до одного типу (мідно-нікелевий сплав); тому що двоє в
ізотермічне середовище, J2 і J4 - однакові температури. Через напрямок
струму в ланцюзі, J4 виробляє позитивну напругу Зеебека, J2 - негативну
Напруга. Отже, контакт компенсує вплив один одного, вимірюючи загальну напругу
нуль. Контакти J1 і J3 - це контакти зі сплаву залізо-мідь-нікель. Але їх температура може бути
різні, оскільки вони можуть перебувати не в ізотермічному середовищі. Бо вони в різних
Температурне середовище, контакти J1 та J3 можуть виробляти напругу Зеебека, але розмір інший
. Для компенсації холодного переходу J3 вимірюють температуру та застосовують її
напруга віднімається з вимірювання термопари.
Використовуючи символ VJx (Ty) для представлення напруги, що генерується переходом Jx при температурі Ty,
загальна проблема термопари спрощується наступним чином:
VМІРИ= VJ1(TTC) + VJ3(Tпосилання) (2)
Де, система збору даних VMEAS, що вимірює значення напруги, TTC J1 термопара
температура, сказав Треф контрольна сторона температури.
Зверніть увагу, що у формулі (2) VJx (Ty) представляє напругу, що генерується при температурі Ty
навколишнього середовища щодо певної контрольної температури. Рівняння 2 виконується до тих пір, поки VJ1 і
VJ3 - це температурні функції, пов'язані з однією і тією ж базовою температурою. Наприклад, NIST
таблиця посилань термопар, як описано вище, формується з опорним кінцем, утриманим на 0
градуси за Цельсієм.
Оскільки J3 і J1 однотипні, але виробляють відносні напруги, VJ3 (Tref)=-VJ1 (Tref).
Крім того, оскільки VJ1 є напругою, що генерується в результаті випробування типу термопари, напруга може бути
перейменовано у VTC. Тому 2-тип можна переписати наступним чином:
VМІРИ= VTC(TTC) - VTC(Tпосилання) (3)
Отже, вимірюючи VMEAS і Tref, знають залежність між напругою термоелемента і
температури, ви можете визначити температуру сторони вимірювання термопари.
Існує дві технології досягнення компенсації холодного спаю - апаратна компенсація та
програмна компенсація. Обидва методи вимагають використання датчика прямого зчитування для отримання
контрольна температура. Датчик прямого зчитування має вхід, який визначається лише параметром
температура вимірювальної точки. Зазвичай використовуються напівпровідникові датчики, термістори та RTD
для вимірювання температури контрольної сторони приладу.
Використовуючи апаратну компенсацію, у ланцюг можна вставити змінне джерело напруги для його видалення
паразитна термоелектрична напруга. Джерело змінної напруги генерує компенсаційну напругу
відповідно до температури навколишнього середовища, яка додається до поправки напруги для скасування
сигнал небажаної різниці температур. Коли ці паразитичні сигнали видаляються, єдиний сигнал
вимірювана системою збору даних - це напруга, виміряна за допомогою вимірювання термопари
. У разі апаратної компенсації температура терміналу системи збору даних становить
некорельована, оскільки паразитна напруга термопари в системі збору даних була
скасовано. Основним недоліком апаратної компенсації є те, що кожна термопара повинна мати
окремий ланцюг компенсації може бути доданий для корекції напруги компенсації, яка буде сильно
збільшити вартість схеми. За звичайних обставин апаратну компенсацію не ввімкнено
точність та програмна компенсація.
Або ви можете використовувати програмне забезпечення для компенсації холодного спаю. Після використання
датчик прямого зчитування для вимірювання опорної температури, програмне забезпечення може додати відповідний
значення напруги до виміряної напруги для усунення впливу напруги холодної сторони. Згадаймо
(3) що виміряна напруга VMEAS дорівнює (термопарі), що вимірює різницю напруг
між точкою закінчення та холодним переходом.
Вихідна напруга термопари є дуже нелінійною. Коефіцієнт Зеебека змінюється через три
або більше факторів в діапазоні робочих температур деяких термопар. Тому ви повинні використовувати
поліном для моделювання кривої напруги в залежності від температури в термоелементі або використання пошуку
табличний метод.
Підключіть термопару до приладу
Цей розділ використовує задню панель NI cDAQ-9172 та модуль термопари серії NI 9211 C як
приклад. Подібна процедура застосовується для підключення термопар до різних приладів
(див. малюнок 4).
Необхідне обладнання:
DAQ-9172 8-слотова високошвидкісна USB-плата для NI CompactDAQ
NI 9211 чотириканальний, 14Sa / s, 24-бітний, вхідний модуль термопари ∓ 80 мілівольт
Термопара типу J
Малюнок 4. Система NI CompactDAQ
NI 9211 оснащений 10-полюсним знімним гвинтовим роз'ємом терміналу, який забезпечує з'єднання для
до чотирьох вхідних каналів термоелементів. Кожен канал має точку зв'язку позитиву
термопара, ТС +, і підключення до мінусової клеми, ТС-. NI 9211 також має спільне
точка проводки, COM. Зазвичай цей порт внутрішньо підключений до опорного заземлення модуля
. На рисунку 5 показано призначення проводки для кожного каналу, а на рисунку 6 - схема підключення.
Рисунок 5. Призначення терміналу
Рисунок 6. Схема підключення
Перегляньте свої виміри: NI LabVIEW
Тепер, коли термопару підключено до випробувального обладнання, ви можете використовувати графічний LabVIEW
програмне забезпечення для передачі даних на комп'ютер для візуалізації та аналізу.
На рисунку 7 наведено приклад відображення даних виміряної температури в програмуванні LabVIEW
навколишнє середовище.
Додайте: No 16, Road 3, Sanjiang Industry Zone, Shengzhou, Zhejiang, China
Контакт: Ерік Сі
Електронна адреса:sale@benoelectric.com
Моб: +861598895936
Skype:ericxie123@outlook.com
Підсилювач Wechat GG; Whatsapp: +8615988295936
Веб-сайт: www.benoindustry.com
