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热电偶选择时需考虑热电偶类型、绝缘和探头结构

来源:作者:钱柜777手机官网发表时间:2018-11-08

    热电偶是最受欢迎的温度传感器。它们便宜,可互换,具有标准连接器,可以测量各种温度。主要限制是准确性:可能难以实现低于1°C的系统误差。

    1822年,一位名叫Thomas Seebeck的爱沙尼亚物理学家发现,两种金属之间的连接产生的电压是温度的函数。热电偶依赖于塞贝克效应。尽管几乎任何两种类型的金属都可以用于制造热电偶,但是使用了许多标准类型,因为它们具有可预测的输出电压和大的电压/温度梯度。该图显示了K型热电偶,这是最受欢迎的。



冷端补偿

    标准表显示了热电偶在任何给定温度下产生的电压,因此例如在上图中,300°C的K型热电偶将产生12.2 mV。不幸的是,不可能简单地将电压表连接到热电偶来测量该电压,因为电压表引线的连接将产生第二个不希望的热电偶结。为了进行精确测量,必须使用称为冷端补偿(CJC)的技术对其进行补偿。如果您想知道为什么将电压表连接到热电偶不会产生几个额外的热电偶连接(引线连接到热电偶,通向仪表,仪表内部等),中间金属定律规定,如果两个结处于相同温度,则插入热电偶结的两种不同金属之间的第三种金属将不起作用。该定律在热电偶结的构造中也很重要。通过将两种金属焊接在一起来制造热电偶结是可以接受的,因为焊料不会影响读数。然而,在实践中,热电偶结通过将两种金属焊接在一起(通常通过电容放电)来制造,因为这确保了性能不受焊料熔点的限制。通过将两种金属焊接在一起来制造热电偶结是可以接受的,因为焊料不会影响读数。然而,在实践中,热电偶结通过将两种金属焊接在一起(通常通过电容放电)来制造,因为这确保了性能不受焊料熔点的限制。通过将两种金属焊接在一起来制造热电偶结是可以接受的,因为焊料不会影响读数。然而,在实践中,热电偶结通过将两种金属焊接在一起(通常通过电容放电)来制造,因为这确保了性能不受焊料熔点的限制。


    所有标准热电偶表都允许第二个热电偶连接,假设它保持在零摄氏度。传统上,这是通过精心构造的冰浴完成的(因此称为“冷”结合补偿)。对于大多数测量应用来说,维持冰浴是不实际的,因此记录热电偶线连接到测量仪器的实际温度。


    通常,冷结温由精密热敏电阻检测,与测量仪器的输入连接器良好热接触。测量仪器使用该第二温度读数以及热电偶本身的读数来计算热电偶尖端的真实温度。对于不太关键的应用,CJC由半导体温度传感器执行。通过将来自该半导体的信号与来自热电偶的信号组合,可以在不需要或花费记录两个温度的情况下获得正确的读数。了解冷端补偿很重要; 冷结温度测量中的任何误差都会导致热电偶尖端的测量温度出现相同的误差。


线性化

    除了处理CJC之外,测量仪器还必须考虑到热电偶输出是非线性的。温度和输出电压之间的关系是高阶多项式方程(取决于热电偶类型,为5至9阶)。模拟线性化方法用于低成本热电偶仪表。诸如Pico TC-08之类的高精度仪器将热电偶表存储在计算机存储器中以消除这种误差源。


热电偶类型

    热电偶可作为裸线“磁珠”热电偶提供,可提供低成本和快速响应时间,或内置于探头中。提供各种探头,适用于不同的测量应用(工业,科学,食品温度,医学研究等)。一句警告:选择探头时要注意确保它们具有正确类型的连接器。两种常见类型的连接器是带有圆形销的“标准”和带有扁销的“微型”连接器。这导致一些混乱,因为“微型”连接器比“标准”类型更受欢迎。

    选择热电偶时,应考虑热电偶类型,绝缘和探头结构。所有这些都会对可测量的温度范围,读数的准确性和可靠性产生影响。下面列出的是热电偶类型的指南(有点主观)。

K型(铬镍/铝镍矿)

    K型是“通用”热电偶。它价格便宜,并且由于其受欢迎程度,它可用于各种探头。热电偶的工作温度范围为-200°C至+ 1200°C。灵敏度约为41μV/°C。使用K型除非你有充分的理由不这样做。

E型(铬镍/康铜)

    E型具有高输出(68μV/°C),非常适合低温(低温)使用。它也是非磁性的。

J型(铁/康铜)

    有限的范围(-40到+ 750°C)使J型不如K型受欢迎。主要应用是旧设备,不能接受'现代'热电偶。J型不应在760°C以上使用,因为突然的磁转换会导致永久性的校准。

N型(nicrosil / nisil)

    高稳定性和耐高温氧化性能使N型适用于高温测量,而无需铂(B,R,S)类型的成本。设计为“改进型”K型,它正变得越来越流行。

    B,R和S型热电偶都是“贵金属”金属热电偶,具有相似的特性。它们是所有热电偶中最稳定的,但由于其灵敏度低(约10μV/°C),它们通常仅用于测量高温(> 300°C)。

B型(铂/铑)

    适用于高达1800°C的高温测量。不同寻常的是,B型热电偶(由于其温度/电压曲线的形状)在0°C和42°C时提供相同的输出。这使它们在50°C以下无用。

R型(铂/铑)

    适用于高达1600°C的高温测量。低灵敏度(10μV/°C)和高成本使它们不适合通用。

S型(铂/铑)

    适用于高达1600°C的高温测量。低灵敏度(10μV/°C)和高成本使它们不适合通用。由于其高稳定性,S型被用作金的熔点(1064.43°C)的校准标准。

范围和灵敏度

    选择热电偶类型时,请确保您的测量设备不限制可测量的温度范围。下面列出的是8通道Pico TC-08热电偶数据记录仪可以测量的温度范围。请注意,低灵敏度(B,R和S)的热电偶具有相应较低的分辨率。


    图表显示了不同温度下热电偶的电压输出。请注意,铂基热电偶的输出功率非常低,这就解释了为什么它们的使用仅限于测量高温。