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隔爆热电偶:简单但容易误解

来源:发表时间:2020-01-04


      较低的隔爆热电偶可能是使用最广泛的传感器类型,但许多人不了解它的工作原理。那是因为那里的许多描述都弄错了,并且错误信息不断流传。我曾经认为该错误信息是正确的,但仅此而已。措辞如下:
      金莎娱乐官方网站隔爆热电偶由两种不同的金属制成,形成一个结。该结两端会产生随温度变化的电压。
      两种金属相遇的结处没有产生电压。实际上发生的是塞贝克效应的结果,如《大不列颠百科全书》所述:
      塞贝克效应,电动势(emf)的产生以及因此当两个结保持在不同温度下时由至少两个不同导体组成的材料回路中的电流。导体通常是金属,尽管它们甚至不必是固体。德国物理学家托马斯?约翰?塞贝克(1821)发现了这种效应,塞贝克效应用于以很高的灵敏度和精度测量温度(请参见隔爆热电偶),并为特殊应用生成电能。
      如果您使用给定金属成分的电线,并且其长度上存在温度梯度,则沿着电线会产生一种金属特性的电压。在相同条件下,由不同金属制成的电线将在其两端产生不同的电压。因此,电压跨过导线,而不跨过两种金属的结。图1a 是错误的。


      图1b 显示了实际情况。在这种情况下,假设在热块处的导线的端部都在0℃,并且导线的接合处在温度T 1。因此,导线上的温度梯度是相同的。由于电线是用不同的材料制成的,因此每条电线上都会产生不同的电压,如V 1 和V 2所示。它们之间的差异是电压与温度成正比。温度/电压关系V T= V 1 -V 2 当然是非线性的。幸运的是,对于许多隔爆热电偶来说,它是可预测的并有据可查。
      为简单起见,我假设T 0 为0°C。但是,您不能仅仅为了获得已知温度就将电线放在冰浴中。数字温度计中使用的热块具有另一个温度传感器,最好嵌入在热块中。通常,这是一个集成的IC传感器,其输出与温度成线性比例,甚至可能是具有数字输出的智能传感器。在一个已知温度下,数字温度计可以通过App基于V T 和所使用的隔爆热电偶类型来计算未知电压。
      还有其他问题。在某些时候,到电路的连接将是铜制PCB走线。因此,系统中实际上将有更多的隔爆热电偶构成隔爆热电偶线连接到系统的位置(图2)。App也可以弥补这一点。


      如果要设计将使用隔爆热电偶的嵌入式系统,则在对隔爆热电偶电压进行采样之前,还需要一些信号调节电路。一方面,隔爆热电偶的输出单位为微伏/°C。最好也使用差分输入,以避免可能导致错误的接地环路。

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