k型熱電偶在工業(yè)市場中的應(yīng)用

在各種測量技術(shù)中，溫度的測量可能是zui常見的一種，在任何應(yīng)用領(lǐng)域，掌握溫度的正確數(shù)值，了解溫度與實際狀態(tài)的差異等都具有極其重要的意義。 以測定為例，在力的測定、壓力、流量、位置、水平的高低等測定過程中，為了提高測定精度，大多要求壓力或力的測定等對溫度進行監(jiān)視，大多使用惠斯登電橋，但是，由于構(gòu)成電橋的電阻的溫度變化引起的誤差使由于測定的力引起的電阻值的變化變大 其他參數(shù)的測定也存在同樣的問題，各種物理量是溫度的函數(shù)，為了得到測定結(jié)果，可以說必須對溫度的變化進行校正。 有助于讀者根據(jù)特定用途選擇zui作為適當?shù)臏囟葌鞲衅鬟M行溫度測量。 工業(yè)上常用的溫度傳感器有熱電偶、熱電阻RTD、熱敏電阻及集成電路溫度傳感器4種，各種溫度傳感器有自己獨特的溫度測量范圍，自己適用的溫度環(huán)境所在的熱電偶的可測量溫度范圍zui寬，熱電阻的測量直線度zui優(yōu)良，沒有熱敏電阻的測量精度zui高的溫度傳感器。 表1與4種傳感器各自獨特的性能特性相互比較。 表2是四種傳感器的典型應(yīng)用領(lǐng)域。 熱電偶--共同的經(jīng)濟熱電偶是兩根不同的金屬線材，它們的一端焊接而構(gòu)成。 如圖1所示，基準端溫度(也稱為冷補償端)被置于需要溫度測量的目標位置，所述溫度測量的目標是鐵-銅的連接和康銅-銅的連接端用于消除貢獻誤差的兩種不同的金屬的焊接端。 如果兩種材料以這種方式結(jié)合，則在未焊接的一側(cè)產(chǎn)生電壓。 電壓的數(shù)值是所有耦合端溫度的函數(shù)，熱電偶不需要用電壓或電流激勵。 在實際應(yīng)用中，系統(tǒng)引入了電壓和電流供應(yīng)的誤差。 由于熱電偶的電壓發(fā)生在兩種不同線材的開路端，因此，為了能夠通過直接測量兩根線材之間的電壓來實現(xiàn)與外部的接口，如果熱電偶的兩端不與其他金屬連接，通常為銅，此前的工作很簡單。 然而，熱電偶需要與另一金屬耦合的事實是，實際上建立了一對新的熱電偶，向系統(tǒng)引入了較大的誤差，這種誤差得以消除*的方法是檢測參考端溫度(參見圖1 )，并且這種耦合以硬件或者硬件和軟件的方式減去了這種耦合貢獻的誤差 純硬件消除技術(shù)是線性化校正的主要原因，比軟件和硬件結(jié)合的技術(shù)限制更大。 一般來說，基準端溫度的檢測通過測溫電阻RTD、熱敏電阻或集成電路溫度傳感器來進行。 原則上，熱電偶可以由任意兩種不同的金屬組成，但實際上，熱電偶的兩種金屬的組合是標準化的。 因為標準組合的線性和產(chǎn)生的電壓和溫度的關(guān)系變得更理想。 表3和圖2是常用的熱電偶e、j、t、k、n、s、BR的特性。 熱電偶是高級非線性器件，需要強大的線性化算法。 表3塞貝克系數(shù)為某熱電偶在規(guī)定溫度下的平均漂移。 交付熱電偶時，其性能由制造商以NIST175規(guī)格保證(該規(guī)格被ASTM采用)，規(guī)格規(guī)定了熱電偶的溫度特性和所使用的原材料的質(zhì)量。 與熱阻RTD、熱敏電阻及集成電路硅傳感器相比，由于熱電偶的非線性極其嚴重，因此在電路部分必須進行復雜的算法處理，在表4中示出復雜的算法的一例，其是k型熱電偶的溫度系數(shù)，可以在0度至1372度的范圍內(nèi)線性化 t是溫度的另一復雜計算方法的應(yīng)用是通過處理程序制作對照表，這樣表4所示的k型熱電偶的系數(shù)計算對照表是11X14陣列的十進制數(shù)，范圍是0.000-13.820，除此之外，熱電偶與基準溫度有一定的函數(shù)關(guān)系， 可確定溫度的數(shù)值(參考溫度定義為熱電偶導線相對于焊接端的遠端溫度，通常由熱阻RTD、熱敏電阻或硅集成電路傳感器測量)。 與熱阻RTD、熱敏電阻相比，熱電偶的熱質(zhì)量小，因此響應(yīng)速度快。 由于這種溫度傳感器的溫度檢測范圍很廣，因此在嚴酷的環(huán)境下幾乎可以選擇*。 熱電偶誤差分析熱電偶比其他溫度傳感器成本低、結(jié)構(gòu)強度大、體積小，但材料受到的應(yīng)力如彎曲、拉伸、壓縮可以改變熱梯度特性，腐蝕介質(zhì)貫穿絕緣外皮，引起熱力學特性的變化，可以在熱電偶上加入保護性封裝 熱電偶的電壓在兩種不同金屬的長度方向上有電壓降，這并不意味著長度短的熱電偶與長度大的熱電偶相比，必定有不同的塞貝克系數(shù)。 如果線材的長度短，則溫度梯度變陡是理所當然的，但從導電效果來看，線材的長度大的熱電偶具有其自身的優(yōu)點，在這種情況下，溫度梯度變小，但是導電損失也變小，但是從長的導線的負效果來看，長的線材熱電偶的輸出電壓變小，后續(xù)的信號調(diào)整電路的負擔增加 除輸出信號小外，設(shè)備線性差異需要大額校正，通常通過硬件和軟件實現(xiàn)，通過硬件實現(xiàn)，溫度參考需要作為冷端參考，通過軟件實現(xiàn)，通過對照表和多項式計算減少熱電偶誤差。 zui后，電磁干擾與該雙線系統(tǒng)耦合的小線條可用于高溫檢測，壽命長，但靈敏度成為zui的重要因素，大線條的測量性能良好。 總之，熱電偶能夠測量的溫度范圍廣，機械強度高，價格低，因此成為溫度測量的常選。 實現(xiàn)高精度系統(tǒng)所要求的線性度和精度并不容易。 要求更高精度時，請選擇其他溫度傳感器。 熱電阻RTD--熱電偶替代設(shè)備的熱電阻測溫元件技術(shù)不斷改進，溫度測量質(zhì)量不斷提高，但實現(xiàn)高質(zhì)量、高精度的溫度測量系統(tǒng)，熱電阻設(shè)備的選擇仍然至關(guān)重要。 測溫電阻體是電阻性的元件，由鉑、鎳、銅等金屬構(gòu)成，所選金屬必須具有能夠預(yù)測溫度引起的電阻值變化的特性。 其物理性能易加工，電阻溫度系數(shù)應(yīng)足夠大。 雖然其他溫度檢測元件，例如熱電偶，根據(jù)溫度而不能使設(shè)計者具有相當線性的電阻變化特性，但是熱電阻這種線性優(yōu)良的電阻溫度特性大幅度地簡化了信號處理電路的設(shè)計制作。 圖5所示的系熱電阻體的溫度電阻特性具有鉑電阻體在3種金屬中可以信賴zui的溫度電阻特性。 因此，鉑電阻zui適用于zui需要高精度和再現(xiàn)性的情況，對環(huán)境的靈敏度極低，而銅電阻容易發(fā)生腐蝕，長期穩(wěn)定性差，與此相對，鎳電阻環(huán)境容忍度好，但適用溫度范圍窄。 鉑電阻體對溫度響應(yīng)的直線性好，化學惰性，容易加工直徑細的線材和厚度小的箔片，鉑的電阻率比其他熱電阻材料高，電阻值相同時要求使用材料少，對成本的考慮強，適用于熱響應(yīng)的情況。 鉑電阻的熱響應(yīng)速度影響測量時間，它還取決于電阻殼體及其本身的尺寸情況，元件本身的尺寸小，殼體的尺寸也小。 一般來說，鉑電阻的響應(yīng)速度比半導體制作的溫度傳感器快。 由于測溫電阻體在攝氏零度的電阻值范圍較大，因此鉑電阻體的標準電阻為100歐元，但也有50、100、200、5001000or2000的等電阻值。 大致要點:1.溫度傳感器概要:應(yīng)用領(lǐng)域，重要性2 .四種主要溫度傳感器類型的橫向比較3 .熱電偶傳感器4 .測溫電阻傳感器5 .測溫電阻傳感器6 .集成電路溫度傳感器和代表性產(chǎn)品的例子7 .溫度傳感器的正確選擇和應(yīng)用背景進行

本文熱電偶高頻詞： 測量  金屬 

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