Cum se măsoară termocuplurile
Prezentare generală a temperaturii și a termocuplului
Temperatura este energia cinetică medie a particulelor din măsurarea eșantionului obiectului
unitatea standard este" grad." Temperaturile pot fi măsurate în diferite moduri, precum și costul și
precizia măsurătorilor poate varia. Termocuplurile sunt unul dintre cei mai comuni senzori de temperatură
, deoarece termocuplurile sunt relativ ieftine și exacte și au un nivel relativ larg
raza de masurare.
Ori de câte ori două contacte metalice diferite, ansamblul punctului de contact produce o tensiune fără sarcină mai mică
în funcție de temperatură, care este efectul termoelectric. Diferența de temperatură este
tensiunea Seebeck, până în 1821 a găsit fenomenul fizicianului Thomas Seebeck numit. Această tensiune
este neliniar în raport cu temperatura, dar poate fi aproximat ca fiind liniar pentru mic
schimbări de temperatură sau:
Unde ΔV este modificarea tensiunii, S este coeficientul Seebeck și ΔT este schimbarea temperaturii.
Termocuplurile sunt disponibile într-o varietate de tipuri și sunt specificate cu litere mai mari conform
convenția Institutului Național de Standardizare American (ANSI). De exemplu, un termocuplu de tip J.
constă dintr-un conductor de fier și un conductor de aliaj de cupru-nichel. Alte tipuri de termocupluri
includ B, E, K, N, R, S și T.
Cum se măsoară termocuplurile
cunoștințe de bază
Pentru o mai bună înțelegere a modului în care se fac măsurătorile termocuplului, este important să înțelegem
cum funcționează termocuplurile. Prima parte a acestui document va explica principiile de bază ale
termocupluri, partea ulterioară a termocuplului va explica cum se realizează conexiunea
între instrument și modul de măsurare a temperaturii.
Tensiunea Seebeck a termocuplului, dacă este conectată direct la sistemul de măsurare, este conectată la
sistemul de măsurare și generează un termocuplu suplimentar. Acest lucru nu poate fi măsurat pur și simplu prin
conectându-l la un voltmetru sau alt sistem de măsurare.
Figura 1. Termocuplu de tip J
Așa cum se arată în Figura 1, circuitul utilizând termocuplul de tip J la temperatura lumânării
măsurare. Două linii de termocuplu sunt conectate la terminalele de cupru ale achiziției de date
dispozitiv. Rețineți că există trei conexiuni metalice în acest circuit - J1, J2 și J3. J1 este
punct de măsurare a termocuplului, producând o tensiune Seebeck proporțională cu temperatura tel
lumânare. În plus, J2 și J3 au fiecare propriul lor coeficient Seebeck și în date
terminalul de achiziție va produce o temperatură proporțională cu tensiunea diferenței de temperatură
, cunoscut sub numele de tensiune pe partea rece. Pentru a determina componenta de tensiune a lui J1, este
necesar pentru a cunoaște temperatura contactelor J2 și J3 și a cunoaște relația dintre
tensiunea de contact și temperatura. Astfel, tensiunea joncțiunii J1 poate fi obținută prin
scăderea componentelor tensiunii de joncțiune parazită J2 și J3 din tensiunea măsurată.
Termocuplurile necesită o referință specifică la temperatură pentru a compensa partea rece a
eroare generată. Cea mai frecventă metodă prescrisă este utilizarea unui senzor de temperatură care poate fi
citiți direct pentru a obține temperatura joncțiunii de referință, minus tensiunea terminală parazită
componentă. Acest proces, cunoscut sub numele de compensarea joncțiunii reci, poate simplifica calculul frigului
compensarea joncțiunilor utilizând caracteristicile unor termocupluri.
Folosind legea termocuplului stratului de tranziție metalic și alte ipoteze, putem vedea asta
măsurarea sistemului de achiziție a datelor de tensiune depinde doar de tipul de termocuplu,
tensiunea la terminalul de măsurare și temperatura joncțiunii reci. Tensiunea măsurată
este independent de componentele de tensiune ale cablurilor de măsurare și de bornele reci J2, J3.
Figura 2. Legea termocuplului stratului de tranziție metalic
Luați în considerare circuitul din Figura 3. Acest circuit este similar cu circuitul descris în Figura 1
de mai sus, cu excepția faptului că o bucată scurtă de sârmă din aliaj de cupru-nichel este introdusă înainte de joncțiunea J3.
Toate contactele sunt la aceeași temperatură. Presupunând că temperaturile joncțiunii J3 și J4 sunt
la fel, legea termocuplului stratului de tranziție metalic afirmă că circuitul din Figura 3 este
electric la fel ca circuitul din Figura 1. Prin urmare, oricare dintre rezultatele circuitului de
Fig. 3 poate fi aplicat circuitului prezentat în Fig.
Figura 3. Introducerea unui conductor suplimentar într-un mediu izotermic
Figura 3, contactele J2 și J4 aparțin aceluiași tip (aliaj de cupru-nichel); pentru că cei doi sunt înăuntru
un mediu izoterm, J2 și J4 au aceeași temperatură. Din cauza direcției
curent în circuit, J4 produce o tensiune Seebeck pozitivă, J2 produce o negativă Seebeck
Voltaj. Prin urmare, contactul compensează influența reciprocă, măsurând tensiunea totală
zero. Contactele J1 și J3 sunt contacte fier-cupru-nichel din aliaj. Dar temperaturile lor pot fi
diferite, deoarece acestea nu pot fi într-un mediu izoterm. Pentru că sunt diferiți
mediile de temperatură, contactele J1 și J3 pot produce tensiune Seebeck, dar dimensiunea este diferită
. Pentru a compensa joncțiunea rece J3, temperatura este măsurată și aplicată
tensiunea este scăzută din măsurarea termocuplului.
Folosind simbolul VJx (Ty) pentru a reprezenta tensiunea generată de joncțiunea Jx la temperatura Ty,
problema generală a termocuplului este simplificată după cum urmează:
VMEAS= VJ1(TTC) + VJ3(Tref) (2)
Unde, sistemul de achiziție de date VMEAS că valoarea măsurată a tensiunii, termocuplul de joncțiune TTC J1
Tref a spus partea de referință a temperaturii.
Rețineți că în formula (2), VJx (Ty) reprezintă tensiunea generată la o temperatură Ty
mediu în raport cu o anumită temperatură de referință. Ecuația 2 se menține atât timp cât VJ1 și
VJ3 sunt funcții de temperatură legate de aceeași temperatură de referință. De exemplu, un NIST
tabelul de referință al termocuplului, așa cum este descris mai sus, este generat cu capătul de referință ținut la 0
grade Celsius.
Deoarece J3 și J1 sunt de același tip, dar produc tensiuni relative, VJ3 (Tref)=-VJ1 (Tref).
De asemenea, deoarece VJ1 este tensiunea generată de testul de tip termocuplu, tensiunea poate fi
redenumit în VTC. Prin urmare, tipul 2 poate fi rescris după cum urmează:
VMEAS= VTC(TTC) - VTC(Tref) (3)
Prin urmare, prin măsurarea VMEAS și Tref se cunoaște relația dintre tensiunea termocuplului și
temperatura, puteți determina temperatura părții de măsurare a termocuplului.
Există două tehnologii pentru a realiza compensarea joncțiunii reci - compensarea hardware și
compensarea software-ului. Ambele tehnici necesită utilizarea unui senzor de citire directă pentru a obține
temperatura de referință. Senzorul de citire directă are o intrare care este determinată doar de
temperatura punctului de măsurare. Senzorii cu semiconductori, termistoarele și RTD-urile sunt frecvent utilizate
pentru a măsura temperatura părții de referință a instrumentului.
Folosind compensarea hardware, o sursă de tensiune variabilă poate fi introdusă în circuit pentru a o elimina
tensiunea termoelectrică parazită. Sursa de tensiune variabilă generează o tensiune de compensare
în funcție de temperatura ambiantă, care se adaugă la tensiunea de corecție pentru a anula
semnal de diferență de temperatură nedorit. Când aceste semnale parazitare sunt eliminate, singurul semnal
măsurată prin sistemul de achiziție de date este tensiunea măsurată din măsurarea termocuplului
. În cazul compensării hardware, temperatura terminalului sistemului de achiziție de date este
necorelat, deoarece tensiunea termocuplului parazit în sistemul de achiziție de date a fost
anulat. Principalul dezavantaj al compensării hardware este că fiecare termocuplu trebuie să aibă un
se poate adăuga un circuit de compensare separat pentru a corecta tensiunea de compensare, care va crește foarte mult
crește costul circuitului. În circumstanțe normale, compensarea hardware nu este activată
precizia și compensarea software-ului.
Sau puteți alege să utilizați software-ul pentru compensarea joncțiunii reci. După ce utilizați
senzor de citire directă pentru a măsura temperatura din partea de referință, software-ul poate adăuga un adecvat
valoarea tensiunii la tensiunea măsurată pentru a elimina influența tensiunii din partea rece. Reamintim
(3) că tensiunea măsurată VMEAS este egală cu (termocuplul) care măsoară diferența de tensiune
între punctul de terminație și joncțiunea rece.
Tensiunea de ieșire a termocuplului este foarte neliniară. Coeficientul Seebeck variază din cauza a trei
sau mai mulți factori în intervalul de temperatură de funcționare al unor termocupluri. Prin urmare, trebuie să utilizați
un polinom pentru a modela curba tensiune versus temperatură într-un termocuplu sau pentru a utiliza căutarea
metoda mesei.
Conectați termocuplul la instrument
Această secțiune folosește backplane-ul NI cDAQ-9172 și modulul de termocuplu seria NI 9211 C
exemplu. O procedură similară se aplică pentru conectarea termocuplurilor la diferite instrumente
(vezi Figura 4).
Echipament necesar:
DAQ-9172 Backplane USB cu 8 sloturi de mare viteză pentru NI CompactDAQ
Modul de intrare termocuplu NI 9211 cu patru canale, 14Sa / s, 24 biți, ∓ 80 milivolți
Termocuplu de tip J
Figura 4. Sistemul NI CompactDAQ
NI 9211 are un conector terminal cu șurub cu 10 poli, detașabil, care oferă conexiuni pentru
până la patru canale de intrare a termocuplului. Fiecare canal are un punct de conexiune pentru pozitiv
termocuplu, TC + și o conexiune la terminalul negativ, TC-. NI 9211 are, de asemenea, un aspect comun
punctul de cablare, COM. În mod normal, acest port este conectat intern la masa de referință a modulului
. Figura 5 prezintă atribuțiile de cablare pentru fiecare canal, iar Figura 6 prezintă schema de cablare.
Figura 5. Alocarea terminalului
Figura 6. Schema de conexiune
Vizualizați măsurătorile dvs.: NI LabVIEW
Acum că termocuplul este conectat la echipamentul de testare, puteți utiliza graficul LabVIEW
software de programare pentru a transfera datele pe computer pentru vizualizare și analiză.
Figura 7 prezintă un exemplu de afișare a datelor măsurate de temperatură în programarea LabVIEW
mediu inconjurator.
Adăugați: nr. 16, drumul 3, zona industrială Sanjiang, Shengzhou, Zhejiang, China
Contact: Eric Xie
E-mail:sale@benoelectric.com
Mob: +861598895936
Skype:ericxie123@outlook.com
Wechat&lificator; Whatsapp: +8615988295936
Site web: www.benoindustry.com
