热电偶冷端补偿原理 热电偶上的铂铑丝回收价格

在热电偶测温系统中,冷端(参考端)的补偿是影响最终测量精度的关键因素之一。其主要原理是独立测量热电偶参考端的温度,并与仪器设备的测量值进行比较,通过公式法或查表插值法得到热电偶测量端的温度。聚英电子对目前常见的几种热电偶冷端补偿方法进行了全面的梳理,并对其进行了分析,阐述了其在实际应用中的优缺点和适用性,提出了新的适合的补偿方法。

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在工业应用中,经常需要知道环境或设备的工作温度,这也使得温度成为最常被测量的物理量。目前常用的测温手段有热电偶、热敏电阻、热敏电阻、集成温度传感器芯片等。热电偶是应用最广泛的一种。其原理是将温度变化转化为电量变化。检测电量变化后,根据热电偶分度表的对应关系,即可得到被测温度。

一、热电偶温度测量特性

事实上,在合理的精度要求范围内,热电偶已经成为一种高性价比的宽量程工业测温方法。

①测温范围广:目前有8种标准热电偶,根据使用的金属材料不同,其测温范围从-200℃到+2500℃,适用于大多数应用场合;

(2)耐用:热电偶具有良好的抗振动和冲击能力,可在恶劣环境中使用;

③安全性:热电偶不需要外部激励源,几乎不会产生自热,使用起来相对安全;

在温度测量的实际应用中,热电偶分度表中标定的冷端温度很难保持在0℃,而且会发生变化。因此,仅根据分度表中温度与电压的对应关系来获得测量端电压往往是不准确的。并且热电偶的温度-电压特性曲线本身具有一定的非线性。因此,为了准确获得测量端的温度,必须解决冷端温度的不确定性带来的误差。

二、冷端温度补偿

在热电偶测温系统中,需要根据冷端温度得到测量端的温度,称为冷端温度补偿。目前,冷端补偿方法从测量设备的角度可以分为外部补偿法和内部补偿法。

2.1外部补偿

外部补偿是指在测量设备外部知道热电偶的冷端温度并进行补偿。使用的方法如下:

2.1.1外部温度变送器模式

温度变送器是一种与热电偶配合使用的设备,将热电偶的温度信号转换成1-5 VDC或4-20 mA的电流。用户的测量设备终端根据接收到的电流或电压获得热电偶的测量电压,然后将测量电压与一个刻度表进行比较,进行查表或公式法得到测量温度值。

在实际应用中,温度变送器通常安装在测量设备的外部,离热电偶测温点比较近。其优点是:

(1)灵活性,能适应不同类型的热电偶;

②转换后的1~5V或4~20mA电流信号比热电偶本身的抗干扰能力大大增强;

(3)测量设备端,降低信号调理的复杂度;

④温度变送器和测量设备末端可采用普通导线,以降低成本。

但缺点也很明显:①温度变送器需要外接电源,增加了电源设计的复杂性;②温度变送器不适用于恶劣环境区域,如湿热、酸性和盐雾环境。因此,该温度变送器可用于一般中性环境和湿度正常的环境。

2.1.2外部热阻的补偿方法

热电阻(RTD)安装在热电偶(或电极)补偿线与测量设备输入引线的连接点上,实时测量温度,并将热电阻信号送回测量设备。

这种模式的特点如下:

①成本低于温度变送器;

(2)灵活性强,能适应各种热电偶;

(3)热电阻测温精度高,提高了冷端补偿的精度。

相应地,这种方法多了一个热电阻输入信号,会增加测量设备的采集通道;并且根据使用环境来固定冷接点处的热阻不是一件简单的事情。但总的来说,还是比较容易实现的。

2.1.3冷端固定温度补偿方法

这种方法又称冷端恒温法,是将热电偶的冷端引入一个恒温区,测量设备的输入端也用普通导线引至恒温区并与冷端相连。

在实际应用中,决定冷端恒温法补偿效果的关键因素有两个:

(1)恒温区的设计,如何保证恒温和热处理;

②恒温区与测温点和测量设备的距离过长(一般≤30m),也会影响补偿精度。

2.2内部薪酬

内部补偿是对测量设备内部的温度进行补偿,所以需要通过补偿线将热电偶连接到设备上。具体方法可以通过集成温度传感器芯片、电桥法、热敏电阻等来实现。

冷端温度补偿器可以是具有温度补偿功能的运算放大器,如ADI公司的AD8495、AD594等芯片。AD8495是一款专用于I型热电偶补偿的集成芯片。使用该芯片,信号链的设计简单,并且不需要通过软件进行额外的处理。

这种方法的优点:

(1)降低热电偶采集信号链的设计复杂度;

(2)抑制干扰信号的能力强;

(3)可以从硬件上进行非线性校正,以提高精度。

然而,这种方法有明显的缺点。集成温度传感器的运算放大器不能适应多种热电偶,通常只适应一两种,局限性很大。另外,内补偿的另一个缺点是补偿线需要连接到PCB板上,实际设计时需要考虑结构实现。如果测量设备是一个密封的腔体,不容易将补偿线直接连接到设备中的采集板上。

2.3内部补偿和外部补偿相结合

在工作环境复杂恶劣的情况下,如本文提到的湿热和腐蚀环境,测量设备通常要求密封和耐腐蚀。从电气和结构上看,采用单一的外部或内部补偿方式很难满足要求。为了解决这一问题,提出了内部补偿和冷端恒温补偿相结合的方法,并对其进行计算和修正。

外部补偿线仍用于连接密封测量设备的地面连接器,连接器的插针材料可与补偿线相同;密封设备内部即连接器内部有一个独立的腔体,它包裹着连接器,并通过隔热材料与设备中的发热部分(主要是板卡)隔开;在独立腔体中,设计了数字温度传感器芯片,实时采集连接点的温度,并传输到设备的数据处理单元进行计算和修正;独立腔体与设备采集模块之间用低导热系数的材料连接,如软电缆或扁平电缆,保证独立腔体中的温度变化缓慢。但是,这种设计也存在一些缺点,一是对热电偶型号适应性的限制,二是测量设备结构设计复杂。

三。结论

在热电偶测温系统中,冷端补偿是设计者最关心的一点,其方法也发展至今。目前的补偿方法并不适用于所有情况。根据分析结果,提出了针对湿热、腐蚀性等特殊要求的使用环境的补偿设计方法,并给出了简要的设计说明。

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