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全面概述关于热电偶操作理念以及使用注意事项

来源:发表时间:2019-06-15


先容
      金莎娱乐官方网站热电偶是测试和开发工作中使用最广泛的温度传感器。使用车间制造的探头和普通的低电平电压表,可以低成本进行精确的温度测量。下面为您全面概述关于热电偶操作理念以及使用注意事项。
热电偶的操作理念:
      如果连接在一起,任何两种不同材料的导线都可以用作热电偶,如图1所示.AB连接称为“连接”。当结温T Jct与参考温度T Ref不同时,低电平直流电压E将在+/-端子处可用。E的值取决于材料A和B,参考温度和结温。双线热电偶的控制方式如公式1所示。1到 。4.如果电路有两根以上的电线,则需要更多的术语。


图1最简单的热电偶
     在图1中,咱们可以看到EMF是由导线产生的,而不是导线:导线只是两个线圈之间的电气连接。信号在导线中产生,其中温度梯度dt / dx不为零:均匀温度导线不产生任何EMF。如果两条线的校准均匀,那么 。可以使用2,如果两个导线从T Ref开始并在T Jct结束,那么 。3适用。EMF-温度表只能在电路仅由两个电线组成时使用,这两个电阻在校准时均匀,并且两者都从T Ref开始并在T Jct结束。当只有小的温度差areinvolved,的值 A和 B可以作为常数处理,而 。图4给出了EMF的良好近似值。


热电偶材料
     适用于中等温度的三种最常见的热电偶合金是铁 - 康斯坦(J型),铜 - 康铜(T型)和Chromel-Alumel(K型)。
该对的第一个命名元素是正元素。
负极线为红色(现行美国标准)。
     根据校准精度,每种类型都有三种等级的电线:精密,标准和引线。PrecisionGrade热电偶线的校准保证在+/- 3.8%或1°C(2°F)之间,这是更大的,而标准等级在+/- 3.4%或2°C(4°F),和引线等级在+/- 1%之内。精度陈述可以说明为T Jct和T Ref之间差异的百分比。考虑到即使是最好的材料的低成本,也很难证明购买任何精密级材料的合理性,即使对于延长线也是如此。
     所有三种类型(J,K和T)均可作为绝缘双工对,直径为0.001英寸以上。为了精确度和最小的系统干扰,电线越小越好,但是直径小于0.003英寸的电线非常脆弱。
     铁 - 康铜:铁 - 康铜(J型,颜色编码为白色和红色)产生约50μV/°C(28μV/°F)。铁丝是磁性的。可以使用通常可用的焊料和焊剂通过焊接或焊接来制造连接点。
     铁 - 康铜热电偶可以在双线之间产生电流EMF,不应该用于可能会被弄湿的应用中。
     Chromel Alumel:Chromel-Alumel(K型,颜色编码为黄色和红色)产生约40μV/°C(22μV/°F)。     Alumel线是磁性的。接头可以通过焊接或焊接制成,但必须使用高温银焊剂和特殊焊剂。
     Chromel-Alumel热电偶产生电信号,而电线则弯曲,不应用于振动系统,除非可以提供应变缓冲环。
     铜 - 康铜:铜 - 康铜(T型,颜色编码蓝色和红色)产生约40μV/°C(22μV/°F)。两根导线都不是磁性的。接头可以通过焊接或焊接与常用的焊料和助焊剂制成。
     由于铜的高导热性,铜 - 康铜热电偶非常容易传导传导误差,并且不应该使用无线长导线(100至200线直径)。
热电偶探头
     最简单(也是最便宜,最快)的热电偶探头只是一对电线在一端扭绞或压接在一起,另一端连接到电压表的端子。然而,更常见的是,探头既可以购买也可以在内部制造。
     购买热电偶:热电偶可以从多个供应商处购买,一般来说,随时可以买到。然而,有时候需要一个新的热电偶 - 现在而不是明天 - 所以每个实验室都应该能够制造简单的热电偶。
     自制热电偶:电子冷却应用所需的大多数热电偶都可以通过散装热电偶线制成,这些热电偶线由绝缘线对组成。如果可以使用热电偶焊机或任何“细线”焊机,焊接通常比焊接更快更容易。任何润湿两根导线的焊料都可用于制造连接点。将焊珠或焊球保持在焊丝直径的10%至15%之内。所有其他因素相同,带有焊接结的热电偶与具有焊接结的热电偶一样准确。
参考温度系统和区域框
     来自热电偶的信号与参考结温度的关系与测量结温度的关系一样多。有许多用于建立参考温度的系统。
     冰浴:冰浴被广泛使用,因为它们准确且价格昂贵。任何饮用水在约0.01°C的零范围内冻结。如果用精细碎冰填充,药物保温瓶将保持0℃几小时,然后用水淹没。
     电子控制参考:电子控制参考温度装置可用,包括高温和工作点。这些设备需要定期校准,并且通常不像冰浴那样稳定,但更方便。
     补偿参考温度系统:专用温度指示器终止机箱内部连接面板上的每个热电偶,并使用补偿网络注入信号,在计算温度之前补偿面板的温度。
     区域盒:区域盒是一个温度均匀的区域,用于确保其内部的所有连接处于相同的温度。温度不需要控制,也不需要测量 - 它只需要均匀。使用区域盒的电路如图3和4所示。
     一个简单的区域盒可以通过将电工的阻隔带粘在一个小的,厚壁的铝制底盘箱内部来制造,关闭以防止空气循环。
测量仪器
有两种选择:
     使用参考温度浴(例如冰浴)和通用电压表,使用桌子,手动或使用App说明信号。
     使用带参考温度补偿的专用温度指示器。
     参考浴槽/电压表/台式查找系统更灵活,可能更精确,可用于测量温度差异以及温度水平。专用温度指示器更便于常规测量。
电路
     理想的热电偶由一对完整的,均匀的异种材料线组成,一端连接在一起,另一端在“参考温度”区域,如图1所示。实际上,必须在室温下将信号从参考温度区域带到电压表。这是使用一对铜线(来自相同的线轴)完成的,如图2所示。


图2.最简单的实用热电偶。
     下图说明了更复杂的电路,包括用于单个和多个热电偶的开关,连接器和参考槽。使用这些电路进行的测量将与每个热电偶已经“硬接线”到自己的参考电压表和电压表所获得的测量结果一样准确。
     连接器:图3显示了使用延长线和连接器的电路,而不是不间断的电线长度。连接器可以是无热电偶级连接器,也可以是区域盒内的屏障条。如果延长线来自与探头相同的线轴,则该电路与理想电路完全等效。


图3.使用延长线的电路和区域盒的连接器。
     多个热电偶:图4显示了使用电压表,均匀温度区域盒,双极选择开关(温度均匀)和参考温度浴读取多个热电偶(显示三个)的电路。可在区域盒和选择器开关之间使用多芯带状电缆和“压接”连接器。带状电缆两端的连接器必须各自位于区域框内,但两个盒子不需要处于相同的温度


图4.用于读取大多数铜线的热电偶的区域盒电路。
     区域箱和选择开关盒必须保持等温; 它们应远离热源或阳光直射等。
图5示出了用于处理多个热电偶的另一个电路(示出了三个),其中每个电压被单独读取,包括区域 - 箱温度信号。区域信号必须添加到来自每个信道的信号中以获得总EMF,然后应该使用该信号来查找温度。


图5.用一个电压表读取多个热电偶的另一种接线图。
     应始终检查接线:在将参考热电偶放入冰浴之前,参比热电偶通道上的电压应接近零,并且应与之后的区域箱温度相对应。
     如果使用专用的多通道温度指示器,此处显示的区域框表示内置于温度指示器中的热电偶连接面板。
使用专用温度指示器时,不需要使用电路的参考浴分支,因为系统的内部电子部件会根据面板温度对热电偶信号进行校正。
     测量差异:两个点之间的温差可以通过将两根负极线连接在一起(在室温下)并在两根正极线之间进行测量来直接测量。幅度给出了温度差,正极线连接到两个位置的较热部分。与单独读取两个热电偶并减去温度相比,这种方法的准确性没有优势。图6显示了一个4线电路,它可以在测量小的温差时产生非常高的精度。一对用作热电偶以确定温度水平,并且一对用于确定两点之间的温度差异。


图6.使用四线热电偶tocheck检查电路中拾取的电子噪声。
     无论温度水平如何,两根铜延长线都不应产生EMF。这可以通过最初运行系统来确认,在本地区域盒内的两条铜线上使用灰烬连接。应使用“局部校准”(在测量的温度水平下的微伏/度)来说明差电压。使用精密级线材,测量精度在差值的+/- 3/8%范围内,使得局部区域框中的温度接近两个测量点之一。
     检查电气接收:可以使用4线热电偶测量温度并检查电气传感器。所有四根导线焊接在一起形成测量结。读取任一对作为athermocouple产生结的温度。读取任何一对类似的电线检查电气接收:两条相似的电线不能产生热电信号,因此,如果两根电线上有一个电压,这是电噪声的明显证据。
测量表面温度
     表面温度测量有三个主要问题:
     (1)决定需要了解的表面温度,
     (2)选择代表测量它的位置,
(3)使热电偶在所选位置热接触。
最常见的两个问题是:
     (1)最高温度是多少?
     (2)平均表面温度是多少?
     塑料封装的部件的表面温度可以变化很大。光点可能很小,直径只有1/4英寸,并且尖锐的峰值,并且测量温度将严重依赖于热电偶的位置。最好的做法是首先使用可视化技术,然后将热电偶放在热点上。
     为了确保精确的表面温度测量,必须使用导热水泥沿着等温线向下延伸大约20根导线(包括绝缘体)直径的长度。对于点测量,将该长度包裹成紧密的扁平螺旋线圈。或者,将结焊接到一块铜母线带,可能是1/16英寸的正方形,并将其粘合到表面。始终使用可以处理的最小电线而不会有太多损坏。
测量气体温度
气温测量有三个主要问题:
      (1)决定你想知道的气温,
      (2)选择一个有代表性的位置来测量它,
      (3)打破热电偶连接点和支撑它的硬件之间的热连接。
冷却空气温度在流动通道(尤其是近加热表面)上变化很大。最常见的问题是:
     (1)平均温度是多少?
     (2)该位置冷却剂的有效温度是多少?
      平均温度(散装平均温度)为fictitioustemperature,在通过flow.There携带的总热能来定义是用于测量它没有良好的位置。唯一可行的方法是估算流速和放热量并计算平均温度。
      冷却剂的有效温度是各向异性,无源组件将达到的温度:组件的绝热温度,在热力学意义上。对于主要从一侧加热的通道,由于冷却剂中的温度分层,加热壁处的冷却剂的有效温度总是高于平均值。对于该组件,略微位于组件上游并略高于其顶面的热电偶可能会读取接近有效温度的热电偶。每个组件的有效温度是不同的,因为它取决于撞击它的流线。测量空气温度时,请将热电偶接头与支撑它的硬件隔离。一般而言,必须将约20个直径暴露于连接点和连接点之间的流动。将导线“向上游”安装,使导线向下流过流动。应使用能够在不破损的情况下处理的最小电线。

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