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三种常用方法补偿热电偶的非线性

来源:作者:钱柜777手机官网发表时间:2019-01-29


    热敏电阻:响应速度快,封装小; 但它们需要线性化并且精度有限,尤其是在很宽的温度范围内。它们还需要电流来激励,这会产生自加热,导致漂移。当与信号调节相结合时,整体系统精度可能很差。

    电阻温度检测器(RTD):RTD精确,稳定且线性合理,但封装尺寸和成本限制了它们在过程控制应用中的使用。

    远程热敏二极管:二极管用于检测热电偶连接器附近的温度。调节芯片将与温度成比例的二极管电压转换为模拟或数字输出。其精度限制在±1°C左右。

    集成温度传感器:集成温度传感器,一个独立的IC,可以在本地检测温度,应小心地安装在参考接点附近,并可以结合参考结补偿和信号调理。可以实现在1°C的小部分内的精度。

    电压信号是非线性的:钱柜777手机官网热电偶响应曲线的斜率随温度变化。例如,在0°C时,T型热电偶输出在39μV/°C时变化,但在100°C时,斜率增加到47μV/°C。

    有三种常用方法可以补偿热电偶的非线性。

    选择相对平坦的曲线的一部分并且在该区域中将斜率近似为线性 - 这种方法对于在有限温度范围内的测量特别有效。不需要复杂的计算。K型和J型热电偶很受欢迎的原因之一是它们都具有较大的温度范围,其灵敏度的增量斜率(塞贝克系数)保持相当稳定。


    热电偶灵敏度随温度的变化。请注意,从0°C到1000°C,K型塞贝克系数大约恒定在41μV/°C左右。


    第二种方法是在存储器中存储查找表,该查找表将一组热电偶电压中的每一个与其各自的温度相匹配。然后在表格中两个最近点之间使用线性插值来获得其他温度值。


    第三种方法是使用高阶方程来模拟热电偶的行为。虽然这种方法最准确,但它也是计算量最大的方法。每个热电偶有两组方程式。一组将温度转换为热电偶电压(用于参考结补偿)。另一组将热电偶电压转换为温度。如果参考结处于任何其他温度,则必须使用参考结补偿。


    接地要求:热电偶制造商制造的热电偶带有绝缘和接地尖端,用于测量接头。


 

图2:热电偶测量结点类型


    钱柜777手机官网热电偶信号调理应设计成在测量接地热电偶时避免接地回路,并且在测量绝缘热电偶时还要有放大器输入偏置电流的路径。此外,如果热电偶尖端接地,则放大器输入范围应设计为处理热电偶尖端和测量系统接地之间的地电位差异。

 

图3:使用不同尖端类型时的接地选项


    对于非隔离系统,双电源信号调节系统通常对于接地尖端和裸露尖端类型更加稳健。由于其宽共模输入范围,双电源放大器可以处理PCB(印刷电路板)地与热电偶尖端的地之间的大电压差。如果放大器的共模范围具有在单电源配置中测量地下的能力,则单电源系统可以在所有三种尖端情况下都能令人满意地工作。为了解决某些单电源系统中的共模限制,将热电偶偏置到中间电压是很有用的。这适用于绝缘热电偶尖端,或整个测量系统是隔离的。


    实用的热电偶解决方案:热电偶信号调理比其他温度测量系统更复杂。设计和调试信号调节所需的时间可以增加产品的上市时间。信号调理中的错误,尤其是参考结补偿部分中的错误,可能导致精度降低。


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