Холодный спай термопары это: принцип действия, схемы, таблица типов термопар и т.д.

Содержание

принцип действия, схемы, таблица типов термопар и т.д.

Термопары — это наиболее распространенное устройство для измерения температуры. Термопары генерируют напряжение при нагревании и возникающий ток позволяет проводить измерения температуры. Отличается своей простотой, невысокой стоимостью, но внушительной долговечностью. Благодаря своим преимуществам, термопара используется повсеместно.

Стандартная термопара
Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.

Принцип работы термопары

Термопара представляет собой два провода, изготовленных из различных металлов. Эти два провода скреплены или сварены вместе и образуют спай. Когда на этот спай оказывают воздействие изменения температуры, то термопара реагирует на них генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры.

Если термопара подсоединена к электрической цепи, то величина генерируемого напряжения будет отображаться на шкале измерительного прибора.

Затем показания прибора могут быть преобразованы в температурные показания с помощью таблицы. На некоторых приборах шкала откалибрована непосредственно в градусах.

Термопара в электрической цепи

Спай термопары

В конструкции большинства термопар предусмотрен только один спай. Однако, когда термопара подсоединяется к электрической цепи, то в точках ее подсоединения может образовываться еще один спай.

Цепь термопары

Цепь, показанная на рисунке, состоит из трех проводов, помеченных как А, В и С. Провода скручены между собой и помечены как D и Е. Спай представляет собой дополнительный спай, который образуется, когда термопара подсоединяется к цепи. Этот спай называется свободным (холодным) спаем термопары. Спай Е — это рабочий (горячий) спай. В цепи находится измерительный прибор, который измеряет разницу величин напряжения на двух спаях.

Два спая соединены таким образом, что их напряжение противодействует друг другу. Таким образом, на обоих спаях генерируется одна и та же величина напряжения и показания прибора будут равны нулю.

Так как существует прямо пропорциональная зависимость между температурой и величиной напряжения, генерируемой спаем термопары, то два спая будут генерировать одни и те же величины напряжения, когда температура на них будет одинаковой.

Воздействие нагрева одного спая термопары

Когда спай термопары нагревается, величина напряжения повышается прямо пропорционально. Поток электронов от нагретого спая протекает через другой спай, через измерительный прибор и возвращается обратно на горячий спай. Прибор показывает разницу напряжения между двумя спаями. Разность напряжения между двумя спаями. Разность напряжения, показываемая прибором, преобразуется в температурные показания либо с помощью таблицы, либо прямо отображается на шкале, которая откалибрована в градусах.

Холодный спай термопары

Холодный спай часто представляет собой точку, где свободные концы проводов термопары подсоединяются к измерительному прибору.

В силу того, что измерительный прибор в цепи термопары в действительности измеряет разность напряжения между двумя спаями, то напряжение холодного спая должно поддерживаться на неизменном уровне, насколько это возможно. Поддерживая напряжение на холодном спае на неизменном уровне мы тем самым гарантируем, что отклонение в показаниях измерительного прибора свидетельствует о изменении температуры на рабочем спае.

Если температура вокруг холодного спая меняется, то величина напряжения на холодном спае также изменится. В результате изменится напряжение на холодном спае. И как следствие разница в напряжении на двух спаях тоже изменится, что в конечном итоге приведет к неточным показаниям температуры.

Для того, чтобы сохранить температуру на холодном спае на неизменном уровне во многих термопарах используются компенсирующие резисторы. Резистор находится в том же месте, что и холодный спай, так что температура воздействует на спай и резистор одновременно.

Цепь термопары с компенсирующим резистором

Рабочий спай термопары (горячий)

Рабочий спай — это спай, который подвержен воздействию технологического процесса, чья температура измеряется. Ввиду того, что напряжение, генерируемое термопарой прямо пропорционально ее температуре, то при нагревании рабочего спая, он генерирует больше напряжения, а при охлаждении — меньше.

Рабочий спай и холодный спай

Типы термопары

Термопары конструируются с учетом диапазона измеряемых температур и могут изготавливаться из комбинаций различных металлов. Комбинация используемых металлов определяет диапазон температур, измеряемых термопарой. По этой причине была разработана маркировка с помощью букв для обозначения различных типов термопар. Каждому типу присвоено соответствующее буквенное обозначение, и это буквенное обозначение указывает на комбинацию используемых металлов в данной термопаре.

Типы термопар и диапазон их температур

Когда термопара подключается к электрической цепи, то она не будет работать нормально пока не будет соблюдена полярность при подключении. Плюсовые провода должны быть соединены вместе и подсоединены к плюсовому выводу цепи, а минусовые к минусовому. Если провода перепутать, то рабочий спай и холодный спай не будут в противофазе и показания температуры будут неточными. Одним из способов определения полярности проводов термопары -это определение по цвету изоляции на проводах. Помните, что минусовой провод во всех термопарах — красный.

Цвет изоляции проводов термопар

Во многих случаях приходится использовать провода для удлинения протяженности цепи термопары. Цвет изоляции соединительных проводов также несет в себе информацию. Цвет внешней изоляции соединительных проводов — разный, в зависимости от производителя, однако цвет первичной изоляции проводов обычно соответствует кодировке, указанной в таблице выше.

Неисправности термопары

Если термопара выдает неточные показания температуры, и было проверено, что нет ослабленных соединений, то причина может крыться либо в регистрирующем приборе, либо в самой термопаре, первым обычно проверяется регистрирующий прибор, так как приборы чаще выходят из строя, чем термопары.

Более того, если прибор показывает хоть какие-нибудь показания, пусть даже неточные, то, скорей всего, дело не в термопаре. Если термопара неисправна, то обычно она не выдает вообще никакого напряжения, и прибор не будет выдавать никаких показаний. Если показаний на приборе нет совсем, то вероятно дело в термопаре.

Если Вы подозреваете, что термопара вышла из строя, то проверьте ее сигнал на выходе с помощью прибора, который называется милливольтный потенциометр, который используется для измерения малых величин напряжения.

Потенциометр

Холодные спаи термопар поправка на температуру

    Точность измерения температуры термопарой корректируется поправкой на температуру холодного спая. Ее следует поддерживать по возможности постоянной (например, термостати-рованием), мало зависящей от температуры окружающей среды. Если температура свободных концов отличается от температуры, при которой производилась градуировка (обычно 0°С), то вводят поправку к измеряемой температуре. [c.138]

    ПОПРАВКА НА ТЕМПЕРАТУРУ ХОЛОДНЫХ СПАЕВ ТЕРМОПАРЫ [c.52]


    Если температура холодного спая термопары отлична от градуировочной температуры, то в показания прибора необходимо вносить поправки.
Введение поправок расчетным путем выполняется по формуле  [c.67]

    Термопара состоит из двух проволок из разного металла. Один спай этих проволок (горячий) подвергается действию температуры печи, другой же спай (холодный) располагают в помещении с комнатной или близкой к ней температурой. При изменении температуры холодного спая необходимо внести соответствующую поправку в показания измерительного прибора, если не предусмотрено автоматическое компенсирующее устройство. [c.182]

    С, В температуры, измеренные термопарой, должны быть введены поправки на градуировку термопары и на температуру холодного спая. [c.256]

    Сопротивление Яз является ограничивающим, а переменным сопротивлением Я устанавливается на шкале сопротивлений нуль прибора, соответствующий сопротивлению, равному бесконечности. Сопротивление Яг служит для формирования э. д. с., необходимой для компенсации влияния автоматической поправки па температуру холодных спаев термопары при измерении прибором сопротивления пленки.

При напряжении батареи 90 в и чувствительности усили- [c.287]

    Для правильного определения температур весьма важное зпачепие имеет неизменность температур холодного спая, поскольку величина ТЭДС зависит от разности температур горячего и холодного спаев. Отсюда, если температура холодного спая при исследовании будет иной, чем при градуировке, то необходимо вносить соответствующую поправку. Однако, вследствие непрямолинейного возрастания термоэлектродвижущей силы в зависимости от температуры, для большинства термопар было бы неправильным вычитать температурную разность холодных спаев при градуировке и во время исследования из показания термопары. Истипиую температуру определяют по формуле  [c.34]

    Шкалы автоматических потенциометров, как и милливольтметров, градуируются в милливольтах или непосредственно в °С. Если шкала потенциометра выражена в милливольтах, то он применяется в комплексе с термопарой любого типа если же в °С, то в комплексе с термопарой строго определенного типа.

Шкала технического автоматического потенциометра, -как правило, выражена в °С. Обычно в потенциометрах предусмотрено устройство для автоматического внесения поправки на температуру холодных спаев термопары. [c.133]

    Если температура холодного спая термопары отлична от градуировочноЛ температуры, то а показания прибора необходимо вносить поправки. Введение поправо расчетным путем выпол вяется по формуле  [c.67]

    Другая схема поверки автоматического потенциометра показана на фиг. 51. Поверяемый потенциометр подключают к термопарным клеммам переносного потенциометра. Сначала на поверяемом и переносном потенциометрах устанавливают нормальную величину рабочего тока, затем на поверяемой потенциометр подается напряжение, снимаемое с зажимов лабораторного потенциометра (он в этом случае служит источником регулируемого напряжения). Это напряжение соответствует поверяемым точкам шкалы с учетом поправки на температуру холодных спаев термопары. Поверке подлежат все оцифрованные точки шкалы автоматического потенциометра.

[c.104]


    Измерительные схемы всех автоматических потенциометров предусматривают автоматическое введение поправки на изменение температуры холодных спаев термопары. С этой целью их измерительные схемы выполняются в виде моста. На фиг. 42 показана принципиальная измерительная схема автоматического потенциометра. Все сопротивления измерительной схемы, кроме выполнены из манганина. Сопротивление изготовлено из меди или никеля. [c.86]

    Термопара градуируется при определенной постоянной температуре холодного спая (обычно при = 0° С, реже при IQ =.2,0° С). При измерениях температура холодного спая может быть иной (/д), не равной температуре градуировки. Несовпадение температур и вызывает необходимость внесения поправки. Уравнение поправок на температуру холодного спая можно вывести из приведенных выше соотношений. [c.53]

    Щуп должен быть нагрет на воздухе до температуры 850 5°С и выдержан при этой температуре в течение 5 мин до начала испытания. Температуру щупа определяют для каждого испытания, делая необходимую поправку на холодный спай и любую ошибку, указанную в калибровке термопары щупа. Поправки на холодный спай и поправки на калибровку термопары фиксируют перед каждым испытанием. [c.688]

    Из графика температуры как функции от времени считывают, делая поправки на холодный спай и калибровку термопары, время, требуемое для того, чтобы температура щупа упала с температуры погружения до  [c.689]

    Иногда на всем протяжении от термопары до измерительного прибора применяют термоэлектродные провода. В этом случае температура холодных спаев термопары и измерительного прибора будет одинакова, что облегчает введение поправки на температуру холодных спаев, а также создает возможность автоматического введения указанной поправки. Однако надо учитывать, что термоэлектродные провода обладают относительно большим сопротивлением, что ограничивает их длину. Кроме минимального сопротивления, термоэлектродные провода должны иметь хорошую изоляцию, гарантирующую отсутствие электрических контактов и утечек.[c.67]

    За температуру самовоспламенения (с поправкой на температуру холодного спая термопары) принимается минимальная температура реакционной зоны печи, при которой еще наблюдается воспламенение паров и ниже которой (на 2—3°) воспламенения не происходит. [c.225]

    В практических условиях температура холодного спая Ц) обычно не совпадает с его температурой при градуировке термопары ( о) В этом случае необходимо вводить поправку на температуру холодного спая. Из основного уравнения термопары после несложных преобразований получаем выражение для определения т. э. д. с., соответствующей измеряемой температуре при условиях градуировки  [c.78]

    Наличие вспомогательной ветви позволяет автоматически ввести поправку на температуру холодных спаев термопары. Сопротивление и холодные спаи термопары должны находиться при одинаковой температуре. В приборе сопротивление Я располагается недз леко от места подключения термопар.[c.86]

    С графика температуры как функции скорости охлаждения считывают следующие данные, делая поправки на холодный спай и калибровку термопары  [c.689]

    Если при применении термопары пользоваться льдом невозможно, то приходится вводить поправку на температуру. холодных спаев. Поправка ДЕ в т вычисляется согласно соотношению  [c.87]

    Термопара типа НК-СА изготовляется из специальных сплавов марки НК и СА. Характерной особенностью данной термопары является то, что не требуется введения поправки на температуру холодных спаев, так как т. э. д. с., развиваемая термопарой до 200°, практически равна нулю. [c.56]

    Поправка на температуру холодных спаев. Особое внимание нужно уделить температуре холодных спаев. Температуру этих спаев необходимо поддерживать такой же, при какой производилось калибрование термопары. В лабораториях наиболее удобной температурой является точка таяния льда. [c. 86]

    Не нужно забывать, что если температура холодных спаев при измерении выше, чем при калибровании, то поправку нужно прибавить, а если ниже,—то отнять. Мы даем таблицы для некоторых термопар, описанных ранее (табл. И, 12, 13), напоминая, однако, что для пар, состоящих не из чистых металлов, данные могут быть несколько иными. [c.87]

    Печь включается через трансформатор в электросеть, и нагревание регулируется трансформатором. Температура замеряется платина-платинородиевой термопарой, заключенной в фарфоровый че.хол, которая вставляется через верхнее отверстие в жаровую трубу таким образом, чтобы нижний конец ее на.ходился на расстоянии около 10 мм выще установленной в печи пластинки с конусами золы. Термопару присоединяют к гальванометру с градуировкой от 0° до 1600°. Введение к показаниям гальванометра поправки на температуру холодного спая обязательно. После включения в электросеть ведут наблюдение за показанием гальванометра, регулируя нагрев таким образом, чтобы до 900° температура повыщалась на 10—15° в минуту. Как только температура достигнет 400—450° и стенки жаровой трубы накалятся настолько, что возможно будет рассмотреть в визирную трубку положение конусов, проверяют, все ли конусы попадают в поле зрения. В противном случае, осторожным приподниманием щтока и вращением его вправо или влево добиваются такого положения,, когда каждый конус попадает в поле зрения. После этого обмазывают огнеупорной глиной все стыки в месте присоединения площадки стопорного винта с асбестом к жаровой трубе, а также все остальные щели и в течение всего опыта время от времени проверяют, не появились ли трещины, и снова замазывают их. [c.210]


    Определение температуры в градусах Цельсия по значениям э. д. с. ХА и Pt—Pt/Rh (10%)-термопар осуществляется при помощи специальных таблиц (см. табл, 5, 6 приложения). Эти таблицы составлены с учетом того, что холодные спаи термопар термоста-тлроианы при О С. Если термостатиро-вание холодных спаев осуществляется при любой другой температуре, то необходимо вводить поправку. На при- [c.10]

    Холодные спаи термопар в стеклянных чехлах, залитых парафином, расположены в сосуде Дьюара 7 (см. рис. 45-46) с водой, температура которой измерялась термометром. При таком способе термостатировапия холодных спаев для определения температуры сердечников необходимо вводить поправку на температуру холодных спаев. Измерение э.д.с. термопар производилось потенциометром КП-59 8), а определение температуры — по кривой, полученной в специальных тарировочных опытах. [c.70]

    Примечания. 1. Под длительной подразумевается работа.в неагрессивной для данной термопары среде сроком до 1000 ч при условии изменения градуировки не более чем на 1% под кратковременной—работа в тех же условиях в течение 1—2 ч. 2. В связи с малой т. в. д. с., развиваемой термопарой ТПР при практически существующих колебаниях температуры холодного спая (до 100° С), поправки на холодный спай при измерениях не вводят. 3. Нестабильность термопары ТПР вследствие загрязнения термоэлектродов железом в окисленной среде не за-пиоит от диаметра проволоки термоэпектродов (( ), в нейтральной—зависит от Поэтому в нейтральной среде Должен выбираться максимально БОПМОЯЩЫМ, [c. 83]

    Расположение отдельных термопар для различных установок, связанных посредством переключателя с измерительным прибором, изображено иа рис, 19. Поправки на холодные спаи всех термопар производятюя в этом случае с помощью специальной термопары, спай которой находится при температуре градуировки. [c.47]

    Поправки вводят лишь тогда, когда почему-либо невозможно поддерживать температуру холодных спаев такой же, при какой проязводилось калибрование. Чаще всего это случается при работе с мош,ными нагревательными печами и с короткими термопарами. Термометр для измерения температуры холодных спаев легко смонтировать в стеклянном тройнике, изолированном асбестом, как показано на рис. 77. [c.89]


Компенсация холодного спая | Сиб Контролс

Компенсация «холодного» спая

Существует несколько методов, чтобы компенсировать в контуре измерения влияние напряжения «холодного» спая. Один из методов состоит в том, чтобы сделать температуру «холодного» спая постоянной. При этом любые изменения измеренного напряжения будут вызваны только изменением температуры в точке измерений. Для этого можно, например, поместить место соединения с проводами от измерительного прибора в ванночку со льдом и водой, придав тем самым «холодному» спаю постоянную температуру таяния льда:

Можно воспользоваться таблицей, которая составлена с учетом того, что «холодный» спай находится при постоянной температуре таяния льда. В этом случае по этой таблице можно по напряжению вольтметра сразу определить температуру «горячего» спая, т. е. температуру в искомой точке.

Однако фиксация «холодного» спая при температуре таяния льда является малопригодным для любого применения реального термометра на основе термопары вне лаборатории. Вместо этого нам необходимо найти другой путь для компенсации изменений температуры в месте расположения «холодного» спая, чтобы мы точно могли интерпретировать показания вольтметра, несмотря на изменения температуры в месте расположения этого спая.

Практический способ компенсировать напряжение «холодного» спая – это включение в контур дополнительной ЭДС, равной по величине напряжению «холодного» спая, но обратной полярности. Если эта дополнительная ЭДС непрерывно отслеживает напряжение «холодного» спая при изменении его температуры, то, естественно, влияние потенциала «холодного» спая полностью исключается:

 

Для того чтобы компенсирующее напряжение отслеживало температуру «холодного» спая, необходимо непрерывно измерять эту температуру, например, с помощью термистора или RTD. Далее электронное устройство непрерывно формирует соответствующее компенсирующее напряжение.

Напоминаем, что «холодный» спай – это всего лишь исторически сложившийся термин, на самом деле «холодный» спай может быть и теплее «горячего». Ничто не мешает использовать термопару для измерения любой температуры ниже температуры таяния льда.
Некоторые изготовители продают электронные модули температуры таяния льда для компенсации напряжения «холодного» спая. Модуль «температуры таяния льда» выполняет функцию Vrjc, показанную на предыдущей диаграмме. Он добавляет противодействующее напряжение для компенсации напряжения, произведенного «холодным» спаем, так, чтобы вольтметр «видел» только напряжение «горячего» спая. Это напряжение компенсации поддерживается в значении, соответствующем температуре терминала, на котором провода термопары соединяются с модулем температуры таяния льда. Температура терминала измеряется термистором или RTD:

На первый взгляд может показаться бессмысленным, строить столь сложные схемы измерения температуры для того, чтобы иметь возможность использовать термопару. Не проще ли было бы вместо этого просто применить термистор или RTD?

Ответ на этот очень хороший вопрос — термопары применяются потому, что они обладают определенными преимуществами перед другими типами датчиков температуры. Термопары являются чрезвычайно быстродействующими и имеют большие диапазоны измерения температуры, чем термисторы, RTD и другие сенсоры.

Однако, если применение не требует очень высокой прочности сенсора или больших диапазонов измерений, термисторы или RTD являются, возможно, лучшим выбором!

Холодный спай — Энциклопедия по машиностроению XXL

Для большей точности измерения концы холодного спая помещаются в термостат (на рис. 89 не показано).  [c.114]

Термопары очень широко применяются для измерения температуры в самых различных условиях. В этой главе будут рассмотрены лишь наиболее важные аспекты термометрии, использующей термопары. Термопара остается основным прибором для измерения температуры в промышленности, в частности в металлургии и нефтехимическом производстве. Прогресс в электронике способствовал в последнее время росту числа применений термометров сопротивления, так что термопару уже нельзя считать единственным и важнейшим прибором промышленного применения. Преимущества термометра сопротивления по сравнению с термопарой вытекают из принципа действия этих устройств. Термометр показывает температуру пространства, где расположен его чувствительный элемент, и результат измерения мало зависит от подводящих проводов и распределения температуры вдоль них. Термопара позволяет найти разность температур между горячим и холодным спаями, если измерена разность напряжений между двумя опорными спаями. Эта разность напряжений возникает в температурном поле между горячим и холодным спаями. Разность напряжений идеальной термопары зависит только от разности температур двух спаев, однако для реальной термопары приходится учитывать неоднородность свойств электродов, находящихся в температурном поле она и является основным фактором, ограничивающим точность измерения температуры термопарами.  [c.265]


Рис. 6.1. Распределение потенциала вдоль проволоки термопары, изготовленной из электродов А и В п имеющей горячий спай в области постоянной температуры Т . Электроды присоединены к одинаковым проводам С в области холодного спая при постоянной температуре То. Проводники С присоединены к детектору в области постоянной температуры Г]. Полагая, что величина Ес(То—>Т ]) одинакова для обоих проводников С, получаем измеренную э. д. с. [ а—Яв](7 о—>Т г)- Электроды Л и В проходят через одно и то же температурное поле.
Еав(Т(г Т2) зависит только от Го и Г2, если термоэлектрод однороден в области температурного градиента. В той области термоэлектрода, где имеется неоднородность, возникает небольшая добавочная термо-э.д.с. Поскольку термо-э.д.с. зависит от температуры почти линейно, неоднородность проявляется в большей мере в районе максимума температурного градиента. Это означает, что термо-э.д.с. неоднородной термопары становится функцией ее размещения, а не только разности температур горячего и холодного спаев.  [c.270]

Важное преимущество термопары типа В состоит в том, что ее термо-э.д.с. практически равна нулю вплоть до 100 °С и поэтому нет необходимости следить за температурой холодного спая. С другой стороны, термо-э.д.с. сплава, содержащего всего 6 % родия, очень чувствительна к его концентрации и поэтому термопара типа В менее стабильна, чем типы S и R.  [c.282]

Рис. 6.4. Конструкция эталонной платинородиевой термопары. 1 — электроды термопары 2 — сварное соединение электродов 3 — рекристаллизованная АЬОз без разрывов 4 — пластмассовая изоляция 5 — к холодному спаю.

Рис. 8-11. Зависимость к. п. д. идеального преобразователя от температуры горячего и холодного спаев.
Повышение к. п. д. термоэлектрогенератора путем снижения температуры холодных спаев достигается в космических условиях с помощью дополнительных излучающих ребер с нанесенным покрытием (е>0,85).  [c.195]
Рис. 8-12. Зависимость к. и. д. солнечного термоэлектрогенератора от температур горячих и холодных спаев и коэффициента К.
I — электроизолятор 2 — сферический приемник излучения 3 — проводящий конус 4 — плоскость горячего спая термопары 5 — плоскость холодного спая термопары б — опорное устройство 7 — сечение А-А через опоры термопары 8 — опора типа п 9 — опора типа р.  [c.197]

При подключении измерительного прибора к термопарной цепи возможны две схемы 1) с разрывом одного из термоэлектродных проводов (рис. 9.2, д) 2) с разрывом холодного спая термопары (рис. 9.2, б). Анализ влияния на измеряемую термо-ЭДС Еав((, о) подключения в термопарную цепь третьего электрода (С) показывает, что для исключения возможного искажения измеряемой термо-ЭДС в термопарной цепи необходимо и достаточно термостатировать  [c.174]

Принцип измерения теплового потока этим методом заключается в том, что разность температуры в центре и на краю фольги А7 прямо пропорциональна тепловому потоку, воспринятому константановой фольгой. Для измерения ДТ к центру константановой фольги припаивают тонкий медный провод 3. Таким образом получается дифференциальная термопара, составленная из медного провода 3, константановой фольги 1 и медного блока 2, горячий и холодный спаи которой образованы соответственно в центре и на периферии фольги. Сигнал этой термопары (термо-ЭДС) е пропорционален АГ и, следовательно, значению измеряемого теплового потока с плотностью q. Для случая постоянной плотности теплового потока по поверхности фольги эта связь установлена аналитическим путем  [c.279]

Схема термобатареи показана на рис. 14.10,6. Для более полного поглощения излучения рабочие ( горячие ) спаи термопар 1 зачернены либо электролитическим способом, либо путем напыления сажи или окислов металлов. Холодные спаи термопар -образуются приваркой их свободных концов к тонким металлическим пластинкам 3, установленным на слюдяном кольце 4 и расположенным вне зоны облучения.  [c.291]

Схема термоэлектрического генератора показана на рис. 8.54. На горячем (с температурой Ti) спае двух полупроводниковых материалов (вверху расположен полупроводник р-типа, внизу — полупроводник п-типа) электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости и перемещаются к холодному спаю с температурой Та, а затем переходят в примесную зону полупроводника /э-типа. В результате в цепи протекает электрический ток по направлению часовой стрелки. На стыке полупроводников п- и р-типов развивается термо-ЭДС  [c.576]

Холодный спай термопары при точных измерениях должен быть тщательно термостатирован при известной с достаточно высокой точностью температуре ta. Для этой цели используется либо сосуд Дьюара с тающим льдом, либо специальный полупроводниковый холодильник с автоматическим регулированием температуры — так называемый нуль-термостат.  [c.113]

Термо-ЭДС термопары определяется алгебраической суммой контактных разностей потенциалов горячего и холодного спаев при обходе замкнутой цепи в одном направлении  [c. 113]

Чтобы по измеренному значению изм(определить температуру горячего спая t, необходимо знать температуру холодного спая и располагать градуировочной зависимостью термопары E=E t, fo=0° ). Если температура холодного спая в опытах была равна О °С, то t непосредственно определяют по градуировке, представленной в виде таблицы, графика или аппроксимирующей формулы. Если же о О°С, то поступают  [c.113]


Пользуясь этой зависимостью по температуре холодного спая, сначала находят соответствующее ей значение термо  [c.159]

Поправка на температуру холодного спая может быть введена и с помощью градуировочных таблиц в том же порядке. Результаты расчетов заносят в протокол.  [c.160]

В интервале в МПТШ-68 определяется термопарой из платины и сплава 10 % родия с платиной, градуированной при 630,74 °С, а также в точках затвердевания серебра и золота с использованием квадратичной интерполяционной формулы. Разработаны требования к величинам термо-э. д. с. термопары в реперных точках, которым этот прибор должен удовлетворять при воспроизведении шкалы. В гл. 6 будет показано, однако, что эти требования часто неоправданно строги. Было найдено, что если один из электродов термопары изготовлен из чистой платины, а другой содержит родий в пределах от 10 до 13%, то шкала воспроизводится удовлетворительно. Главная проблема при использовании термопар состоит в их недостаточной воспроизводимости. Причины этого рассматриваются в гл. 6 и хотя они понятны, их воспроизводимость очень трудно улучшить. Проблема в том, что измеряемая термо-э. д. с. возникшая вследствие разности температур спаев термопары, зависит не только от этой разности температур, но и от однородности проволоки электродов термопары. Если электроды не вполне однородны, то измеренная термо-э. д. с. начинает зависеть от конкретного распределения температуры вдоль проволок от горячего до холодного спаев. Найдено, что по этой причине для термопар из Р1 —10% НМ/Р в интервале 630—1064 °С достижимая точность не превышает 0,2 °С. Современные требования к точности измере-  [c.55]

Классический опорный спай термопары имеет температуру о °С, получаемую в тающем льде. Этот способ обычен в лабораторных условиях, хотя и требует ряда предосторожностей для получения высокой точности. Влияние растворенных минеральных примесей в водопроводной воде редко изменяет точку льда более чем на —0,03°С, однако лучше применять дистиллированную воду. Для приготовления ледяной ванны толченый лед из холодильника помешается в широкогорлый сосуд Дьюара и заливается дистиллированной водой, пока лед не будет покрыт полностью. Холодные спаи термопар помещаются в стеклянные пробирки, погружаемые в ванну на глубину около 15 см, и в пределах нескольких милликельвинов их температура оета-ется равной 0°С в течение десятков часов. Иногда рекомендуется для улучшения теплового контакта заполнять пробирки минеральным маслом до уровня воды в ледяной ванне. Делать это не обязательно, и, кроме того, возникает возможность проникновения масла внутрь изоляции к горячим частям термопары за счет капиллярных эффектов. Число холодных спаев, диаметр проволок и их теплопроводность могут существенно повлиять на характеристики ледяной ванны. Вполне достаточно погрузить одну пару медных проводов диаметром 0,45 мм на глубину 15 см, но 20 таких же проводов в одной и той же стеклянной трубке дадут погрешность около 0,02 °С. Рис. 6.19 II табл. 6.5 иллюстрируют некоторые характеристики ледяной ванны.  [c.304]

При определении теплофизических характеристик необходимо на тщательно обработанные торцевые поверхности эталонных стержней нанести слой исследуемого покрытия. Сечение стержня должно быть не менее 35 X Х35 мм (для соблюдения одномерности потока) при длине его 50 мм (эта длина удовлетворяет требованию бесконечности стержня, так как на противоположном торце за время зксргеримента температура меняется не более чем на 0,001°С). В плоскости раздела покрытие— стержень помещают термопару. Стержни с нанесенным покрытием собирают, как показано на рис. 6-9. Между ними устанавливают тонкий нагреватель с вклеенной термопарой. Холодные спаи термопар удалены на противоположный конец стержня, температура которого практически не меняется в течение опыта. Для улучшения теплового контакта эту сборку зажимают струбцинами. Эксперимент проводят следующим образом одновременно включают питание нагревателя и лентопротяжный ме-ханиз.м потенциометра.  [c.138]

На рис. 8-16 показана схема маломощного изотопного термоэлектрогенератора SNAP-3 с поверхностью корпуса, имеющей покрытие с высокой степенью черноты и достаточной для охлаждения холодного спая. Типичные схемы для более мощных термоэлектрогенераторов показаны на рис. 8-17 [160].  [c.197]

В термоэлектрических преобразователях осуществляется преобразование температуры в термоэлектродвижущую силу (термо-ЭДС) их действие основано на термоэлектрических явлениях, открытых Зеебеком (1821 г.). Термо-ЭДС в цепи, состоящей из двух разнородных проводников — термоэлектродов, зависит от температуры мест их соединения — спаев (/ и о) и от рода термоэлектродов (А и В) зависимость становится однозначной при постоянной температуре одного из спаев обычно температура холодного спая поддерживается постоянной и равной нулю, т. е. /о = сопз1 = 0 °С тогда уравнение преобразования принимает вид  [c.141]

Теплопроводность батарейных датчиков определяется теплопроводностью обоих термоэлектродов >1,1 и и заполнителя Ха, а также соотношением сечений этих электродов. Рассмотрим возможность изменения Хд при изготовлении и эксплуатации наиболее применимых батарейных датчиков, коммутация которых осуществляется гальваническим покрытием отдельных отрезков термоэлектродной проволоки материалом с контрастными потермо-э. д. с. свойствам (спиральные, слоистые, решетчатые датчики) [8, 44]. На рис. 3,8,6 приведена схема такого датчика. Тепловой поток с плотностью д последовательно проходит три слоя. В первом слое толщиной х не вырабатывается сигнал — он служит для механической и электрической защиты термоэлектродов и выполняется из материала, заполняющего пространство между термоэлектродами во втором слое толщиной к — 2х. Основным элементом второго слоя является термоэлектрод 1 сечением f . Каждая вторая ветвь термоэлектрода покрыта слоем другого термоэлектродного материала 2 сечением имеет термоэлектрические свойства, близкие к материалу покрытия [7]. Места переходов от одиночного к биметаллическому электроду находятся на гранях среднего слоя и играют роль горячих либо холодных спаев дифференциальной термобатареи, сигнал которой и определяет плотность теплового потока д. Пространство между электродами занимает заполнитель 3 сечением /з. Если датчик диффузионно проницаем, то в /з входит и сечение капилляров. Наконец, теплота проходит снова через слой заполнителя толщиной х.  [c.71]


Термопары градуируются до и после закладки в измерительные блоки по реперным точкам (точки таяния льда и кипения воды) и в термостатах при нулевой температуре холодного спая. Применяемые медь-константиновые термопары дают высокую стабильность и воспроизводимость результатов в диапазоне температур —100…+ 100 °С.  [c.121]

Опытные образцы должны плотно, без воздушных зазоров, прилегать к поверхностям нагревателя и холодильников (контактно тепловое сопротивление должно быть пренебрежимо малым). Плотность контакта достигается чистотой обработки указанных поверхностей, для этого могут также применяться специальные нажимные устройства. Толщина образцов мала по сравнению с диаметром, но тем не менее часть теплоты может уходить через боковую поверхность образцов, и поле температур будет отличаться от поля температур плоских образцов неограниченных размеров. Во избежание этого предусмотрена боковая тепловая защита образцов с помощью изоляции из асбоцемента, теплопроводность которого при 50 °С равна 0,08 Вт/(м-К). Измерение перепадов температуры в образцах осуществляется хромель-алюмелевыми термопарами, уложенными в канавках, выфрезерованных непосредственно на поверхностях корпуса электрического нагревателя и холодильников. Спаи измерительных термопар находятся в центральной части образцов. Для контроля поля температур нагревателя предусмотрены дополнительные термопары, спаи которых находятся ближе к боковым поверхностям. Кроме того, на наружной поверхности бокового слоя защитной изоляции заложена термопара, служащая для оценки тепловых потерь. Все термопары имеют общий холодный спай, он термостатируется с помощью нуль-термостата.  [c.127]

Температура поверхности по длине опытной трубы является практически постоянной. Она изменяется по окружности трубы, так как в этом направлении переменны толщина пограничного слоя и местный коэффициент теплоотдачи. Температура поверхности трубы измеряется 12 хромель-алюмелевыми термопарами, равномерно размещенными по ее длине и периметру. Горячие спаи термопар впаяны в сверления диаметром 0,5 мм, сделанные в стенке трубы в различных точках по периметру. Электроды термопар выведены наружу через полые камеры токоподводящих фланцев и трубчатые стойки к механическому переключателю. Общий для всех термопар холодный спай термостатируется при температуре окружающего воздуха. Термоэлектродвижущая сила термопар измеряется цифровым вольтметром 10 147  [c.147]

Для измерения температуры поверхности опытной трубы установлены четыре хромель-копелевые термопары. Горячие спаи термопар приварены с внутренней стороны в среднем сечении трубы в разных точках по периметру, так как восходящий поток жидкости в сосуде имеет поперечное направление. Холодный спай, общий для всех термопар, помещается в рабочем объеме сосуда с термостатированной жидкостью. Следовательно, термопары измеряют избыточную температуру стенки опытной трубы относительно окружающей среды. Термо-ЭДС термопар измеряется цифровым вольтметром типа Щ1413. Нахождение по термо-ЭДС температуры осуществляется по градуировочной табл. 3.1.  [c.152]

Холодный спай является общим для всех термопар и термостатируется при температуре воздуха в помещении. Следовательно, в опытах измеряется избыточная температура поверхности пластин, т. е. непосредственно температурный напор. Термо-ЭДС термопар измеряется цифровым вольтметром Щ1413. Определение температуры по термо-ЭДС термопар осуществляется по табл. 3.1. Температура воздуха в помещении измеряется ртутным термометром.  [c.155]

Ех—термо-ЭДС, отсчитываемая от 0°С АЕх—термо-ЭДС, отсчитываемая от температуры холодного спая, равной /ж воздуха ( АЕх — измеряемые значения) Е .е — термо-ЭДС, соответствующая температуре холодного спая, т. е. температуре воздуха /ж- Для используемых в работе термопар из хромеля и алюмеля получена следующая тарировочная за висимость между температурой и термо-ЭДС i=25Д—0,149Д2.  [c.159]

Для измерения температуры стенки опытной трубки в десяти точках ее боковой поверхности приварены горячие спаи (корольки) хромель-алюмелевых термопар. Эти термопары имеют один общий холодный спай, помещенный во входную камеру. Таким образом, измерение температуры стенки трубки и температуры воздуха на выходе из опытного участка в данной работе проводится относительно температуры воздуха на входе, т. е. относительно комнатной температуры /к, измеряемой ртутным термометром.  [c.168]

Для измерения температуры используются хромель-копелевые термопары, холодные спаи которых термостати-рованы при комнатной температуре, измеряемой лабораторным ртутным термометром. Координаты горячих спаев термопар, приваренных к поверхности трубки-нагревателя, приведены в табл. 4.4.  [c.173]

Измерение температуры поверхности опытной трубки и температуры жидкого хладона производится хромель-копе-левыми термопарами. Холодные спаи термопар помещаются в нуль-термостат. ЭДС термопар измеряется цифровым вольтметром Щ1413 поочередное подключение термопар осуществляется через переключатель 6. Избыточное давление насыщения в цосуде измеряется манометром 10.  [c.181]


Где холодный спай на коммерческих термопарах?

«Холодный» переход (на самом деле он может быть теплее, чем измерительный переход) — это место, где провода материала термопары переходят в материал схемы (обычно медь). Для большинства термопар (кроме медь-константана типа Т) есть два соединения, которые будут физически близко друг к другу, обычно на винтовой клеммной колодке.

Если вам нужна какая-либо точность, вы должны предотвратить температурные градиенты в области этой клеммной колодки (например, предотвратить надувание воздуха по ней), минимизировать нагрев от других частей цепи, минимизировать возмущения, вызванные теплопроводностью сами провода, и используйте датчик, чтобы точно измерить температуру точки, где провода переходят в медь. Поддержание большой тепловой массы в области клеммного блока помогает. Погрешность в 3 ° C между измеренной температурой и температурой этих соединений означает, что у вас будет (как правило) дополнительная погрешность ~ 3 ° C в измеренной температуре, поэтому точность измерения компенсации холодного спая чрезвычайно важна при высокой точности и / или температурах близко к окружающей измеряются. Если вы измеряете высокую температуру (скажем, 400 ° C) и вам не важно, какая температура составляет 5 ° C, вы можете быть намного более неряшливым. По крайней мере, для одной термопары (B) холодный спай почти не требуется из-за крайней нелинейности (он фактически переворачивается ниже комнатной температуры, поэтому он не монотонен).

Традиционный метод контролировал температуру на переходах с ледяной баней, но это явно нецелесообразно для большинства современных применений.

Получив температуру, вы можете рассчитать результирующее термоэлектрическое напряжение из холодных спаев, отрегулировать измеренную ЭДС по этому коэффициенту и рассчитать температуру из отрегулированной ЭДС. Можно использовать прямолинейную линейную коррекцию (так много мкВ / ° C), если допускается небрежная точность, но в целом функции прямого и обратного хода слегка нелинейны, поэтому это компромисс.

Холодный спай — это… Что такое Холодный спай?

Холодный спай
Cold shut — Холодный спай.

(1) Нарушение сплошности, которое появляется на поверхности литого металла в результате встречи двух потоков жидкости и их недостаточном сплавлении. (2) Закат на поверхности поковки или проката, который не был ликвидирован во время деформации. (3) Затвердевание верхней поверхности слитка металла до заполнения изложницы.

(Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО «Профессионал», НПО «Мир и семья»; Санкт-Петербург, 2003 г.)

.

  • Cold shut
  • Coldstream process

Смотреть что такое «Холодный спай» в других словарях:

  • Холодный спай — Cold lap Холодный спай. (1) Дефекты в виде морщин на поверхности металла слитка или отливки, образующиеся при примерзании поверхности и слишком низкой температуре заливки. (2) Дефект, который образуется, если металл не полностью заполняет полость …   Словарь металлургических терминов

  • холодный спай — šaltoji lydvietė statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. cold junction vok. kalte Lötstelle, f rus. холодный спай, m pranc. joint froid, m …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • холодный спай (термопары) — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN cold junctioncold shut …   Справочник технического переводчика

  • теплопоглощающий спай полупроводникового термоэлемента — теплопоглощающий спай Ндп. холодный спай [ГОСТ 18577 80] Недопустимые, нерекомендуемые холодный спай Тематики устройства термоэлектрические полупроводниковые Синонимы теплопоглощающий спай EN heatabsorbing junction of a semiconductor… …   Справочник технического переводчика

  • ТЕРМОЭДС — электродвижущая сила ?, возникающая в электрич. цепи, состоящей из неск. разнородных проводников, контакты между к рыми имеют разл. темп ру (Зеебека эффект). Если электрич. цепь состоит из двух разл. проводников, она наз. термоэлементом или… …   Физическая энциклопедия

  • ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ — раздел физики, охватывающий знания о статическом электричестве, электрических токах и магнитных явлениях. ЭЛЕКТРОСТАТИКА В электростатике рассматриваются явления, связанные с покоящимися электрическими зарядами. Наличие сил, действующих между… …   Энциклопедия Кольера

  • Cold lap — Cold lap. См. Холодный спай. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО Профессионал , НПО Мир и семья ; Санкт Петербург, 2003 г.) …   Словарь металлургических терминов

  • Cold shut — Cold shut. См. Холодный спай. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО Профессионал , НПО Мир и семья ; Санкт Петербург, 2003 г.) …   Словарь металлургических терминов

  • cold junction — šaltoji lydvietė statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. cold junction vok. kalte Lötstelle, f rus. холодный спай, m pranc. joint froid, m …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • joint froid — šaltoji lydvietė statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. cold junction vok. kalte Lötstelle, f rus. холодный спай, m pranc. joint froid, m …   Radioelektronikos terminų žodynas

Температура — холодный спай — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Температура — холодный спай

Cтраница 1


Температура холодного спая регистрируется термометром.  [2]

Температура холодного спая может быть не обязательно строго задана, например 0 или 20 С, лишь бы она была точно известна и оставалась неизменной на протяжении всего опыта.  [3]

Температура холодных спаев контролируется ртутным термометром.  [4]

Температуру холодных спаев поддерживают постоянной, помещая их в ванну с тающим льдом, специальную коробку с тепловой изоляцией или погружая в землю на достаточную глубину, где температура постоянна в пределах одного градуса.  [6]

Если температура холодных спаев известна, то к показаниям измерительного прибора добавляют поправку, соответствующую термоЭДС при ба. Эту поправку следует брать из градуировочной кривой.  [7]

Если температура холодного спая отличается от этой температуры, то к показаниям гальванометра должна быть сделана соответствующая поправка.  [8]

Если температура холодного спая в процессе измерения остается постоянной, то поправку на во const вносят посредством специального корректора нуля милливольтметра, устанавливая стрелку ( при отключенной термопаре) на отметку шкалы, отвечающую температуре холодного спая.  [9]

Если температура холодного спая в опытах была равна О С, то t непосредственно определяют по градуировке, представленной в виде таблицы, графика или аппроксимирующей формулы.  [11]

Кроме температуры холодного спая, на показания гальванометра влияет температура соединительных линий и температура самого гальванометра. Поэтому, время от времени тепловая лаборатория электростанции проверяет правильность действия термопар.  [12]

Если температура холодного спая / 0 в опытах равна О С, то / непосредственно определяют по градуировке. Если же по каким-либо причинам холодный спай не удается поместить в среду с температурой О С и он находится, например, при комнатной температуре ( пусть 20 С), то в этом случае возникающая термо — ЭДС соответствует разности температур горячего и холодного спаев и при определении температуры нужно вводить так называемую поправку на холодный спай. Для этого необходимо измеренную термо — ЭДС сложить с термо — ЭДС, соответствующей температуре холодного спая ( 20 С), и по полученному значению определить температуру с помощью таблиц.  [14]

Поскольку температура холодного спая термопары обычно та же, что и баллона манометра, необходимость в специальной температурной компенсации таких манометров отпадает.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Что такое компенсация холодного спая? Как это связано с использованием термопар в качестве датчиков температуры?

ЖЕНЕВА, Огайо, 14 марта 2019 г.

  Автор: Дэн Джексон, менеджер по продукции TEGAM  

Меня недавно спросили: «Что делает компенсация холодного спая?» Этот вопрос требует, чтобы я кратко изложил принцип работы термопар и их физику.

Термопара создает термоэлектрическое напряжение на основе принципа, известного как эффект Зеебека .Итак, что такое эффект Зеебека?

В 1800-х годах Томас Зеебек пытался получить электричество из тепла, он экспериментировал со схемой висмут-медь и висмут-сурьма и показал, что, когда два соединения двух материалов были при разных температурах, они производили устойчивый ток; преобразование тепловой энергии в электрическую.

Я попытаюсь превратить это в аналогию, которая сделает его более понятным:
Представьте себе полую трубку с низким давлением на одном конце и высоким давлением на другом.Что случится? Воздух будет проходить через трубку от конца высокого давления к концу низкого давления (как через соломинку). Чтобы связать это с термопарой, на горячем конце тепло возбудило электроны, и они движутся быстрее (высокое давление). На холодном конце электроны ближе друг к другу и движутся медленнее, при низком давлении. В результате электричество перетекает с горячего на холодное. Чем больше разница температур, тем больше напряжение — эффект Зеебека .

Это основа термопары. Что еще не ясно, так это то, как измеренное напряжение преобразуется в измерение температуры. Величина термоэлектрического напряжения, создаваемого термопарой, зависит от разницы температур между двумя концами (и материалом). Разница в температуре? Да, термопара фактически измеряет разность температур, а не фактическую температуру на горячем конце. Чтобы узнать, какая температура на горячем конце, вам нужно знать производимое напряжение И температуру на другом (холодном) конце.Чтобы термопара стала полезным инструментом в 1800-х годах, холодный конец помещали в ледяную баню; то, что могла бы легко воспроизвести любая лаборатория. Затем были разработаны таблицы напряжений термопар на основе того, что конец холодного спая находится в ледяной бане. В этот момент провода термопары были подключены к медным проводам без термоэлектрического эффекта и по медным проводам подводились к измерительному устройству. Напряжение было записано и найдено в таблицах, относящихся к ледяной бане (0 ° C / 32 ° F), и получена температура горячего конца.

Сегодня

КОМПЕНСАЦИЯ ХОЛОДНОГО СПАСА заменяет ледяную баню. Электронная схема заменяет ледяную баню, регулируя напряжение, компенсируя, как если бы холодный конец находился в ледяной ванне — отсюда компенсация холодного спая .

Термометр с термопарой имеет точку подключения, к которой присоединяется термопара. Это «холодный спай». Это не точка обледенения (0 ° C / 32 ° F), поэтому измеренное термоэлектрическое напряжение не коррелирует с данными в таблицах термопар.Точка, в которой термопара подключается к медным соединениям прибора, является холодным спаем. Для измерения температуры в этой точке используется прецизионный RTD или термистор. Электроника системы определяет температуру в этой точке, а затем вычисляет напряжение, которое термопара создаст от точки льда до этой температуры. Горячий конец вырабатывает только напряжение, эквивалентное разнице температур между горячим концом и подключением прибора. Этот сигнал неправильно привязан к столам для ледяной ванны.Схема холодного спая компенсирует это недостающее напряжение, добавляя ( или вычитая, если температура холодного спая ниже точки замерзания ) к измеренному напряжению, поступающему с горячего конца. Комбинированное напряжение затем должным образом соотносится с холодным спаем в точке обледенения и может быть точно преобразовано в истинную температуру горячего конца с использованием стандартных таблиц термопар.

Резюме

Компенсация холодного спая компенсирует недостающее термоэлектрическое напряжение из-за того, что холодный конец термопары на приборе не имеет температуры (0 ° C / 32 ° F).Затем это позволяет электронике использовать установленные таблицы термоэлектрических напряжений ( или полиномы ) для определения температуры на горячем конце. Компенсация холодного спая — это причина того, что термопара перешла из лаборатории в наиболее широко используемый на сегодняшний день датчик температуры в промышленности.

Посмотреть термометры термопары TEGAM можно здесь. TEGAM также предлагает термометры RTD и термисторные термометры. Мы также разрабатываем и производим калибраторы температуры.Как всегда, если у вас есть вопросы по поводу этого сообщения в блоге, технологии термометрии в целом или если вы хотите поговорить с TEGAM о наших продуктах, свяжитесь с нами здесь. Не стесняйтесь запросить демонстрацию наших цифровых термометров или другого контрольно-измерительного оборудования.

Что такое компенсация холодного спая для зонда термопары?

Когда требуются точные измерения с помощью термопары, обычно обе ветви привязаны к медному проводу в точке обледенения, чтобы медные выводы могли быть подключены к прибору для считывания ЭДС из-за наличия холодного спая.Эта процедура позволяет избежать возникновения термоэдс на выводах считывающего прибора. Изменения температуры холодного спая влияют на выходной сигнал, и практические приборы должны быть снабжены средствами для устранения этого потенциального источника ошибок.

фигура 1

Генерируемая ЭДС зависит от разницы температур, поэтому для проведения измерения необходимо знать эталон. Это схематично показано на рис. 1 и может быть достигнуто путем помещения эталонного спая в ванну с ледяной водой при постоянной температуре 0 ° C (32 ° F).Поскольку ледяные ванны часто неудобны в обслуживании и не всегда практичны, часто используются несколько альтернативных методов.

Основной принцип компенсации холодного спая заключается в том, что для расчета температуры горячего спая необходимо знать температуру холодного спая. Это связано с тем, что напряжение, генерируемое в цепи термопары, пропорционально разности клемм между горячим и холодным спаем.

Основное уравнение для этого:

E ЭДС = −S∆T = S (T HOT — T COLD ), где:

  • E ЭДС — выходное напряжение термопары
  • S — это свойство материала, зависящее от температуры, известное как коэффициент Зеебека (для термопары типа K это примерно 4.1 мкВ / ° C от 0 ° C до 1000 ° C)
  • T COLD — температура холодного спая
  • T HOT — температура горячего спая (это то, что вы хотите знать!)

Преобразование этого уравнения для T HOT дает:

Методы компенсации холодного спая

Метод электрического моста

В этом методе обычно используется самокомпенсирующийся холодный спай. электрическая мостовая схема, как показано на рисунке 2.Эта система включает в себя термочувствительный резистивный элемент (RT), находящийся в одном опора мостовой сети и термически интегрирована с холодным соединение (Т2). Мост обычно запитывается от ртутного аккумулятор или стабильный постоянный ток источник питания. Выходное напряжение пропорционально к дисбалансу, создаваемому между предварительно установленным эквивалентным заданием температура в (T2) и горячий спай (T1).В этой системе может быть выбрана эталонная температура 0 ° или 32 ° F.

Как температура окружающей среды вокруг холодного спая (T2) меняется, появляется термически генерируемое напряжение, которое вызывает ошибку в выход. Однако автоматически устанавливается равное и противоположное напряжение. введены последовательно с тепловой ошибкой. Это отменяет погрешность и поддерживает эквивалентную температуру холодного спая в широком диапазоне температур окружающей среды с высокой точностью.За счет объединения медных проводов с холодным спаем термопара сам материал не подключен к выходному терминалу измерительное устройство, тем самым исключая вторичные погрешности.

Термоэлектрический метод охлаждения

Термоэлектрический прибор Omega¨ TRC Контрольная камера ice pointTM полагается на фактическое равновесие льда и дистиллированной деионизированной воды при атмосферном давлении для поддержания температуры в нескольких контрольных лунках точно 0 ° C.Колодцы расширяются в герметичную цилиндрическую камеру, содержащую чистую дистиллированная деионизированная вода.

Наружные стенки камеры охлаждаются термоэлектрическими охлаждающими элементами, чтобы вызвать замерзание воды в ячейке для работы в качестве эталона холодного спая. Увеличение объема при замораживании льда. оболочка на клеточной стенке ощущается расширением сильфона который управляет микровыключателем, обесточивая охлаждающий элемент.Поочередное замораживание и оттаивание ледяной оболочки точно поддерживает температуру окружающей среды 0 ° C вокруг контрольных скважин. Приложение Схема показана на рис. №3.

Полностью автоматический режим работы исключает необходимость частого внимания требуется от обычных ледяных ванн. Показания термопары могут быть сняты непосредственно из справочных таблиц ледовых точек без внесения поправок для справки температура перехода.

Использование эталонной камеры

Портативная калибровочная эталонная камера Ice Point ™
Новая эталонная камера Ice Point ™ TRCIII-A — последнее дополнение к прекрасной линейке эталонных калибровочных приборов OMEGA. Контрольная камера TRCIII-A ice point ™ основана на равновесии льда и дистиллированной деионизированной воды при атмосферном давлении для поддержания точно 0 ° C в шести контрольных лунках.

Выучить больше

Любая комбинация термопар может быть используется с этим прибором, просто вставив эталонные спая в эталонных колодцах. Калибровка температуры другого типа датчики при 0 ° C также могут быть выполнены. Ссылки на горячую печь: В типе с двумя духовками используются две печи с регулируемой температурой. для имитации эталонных температур ледяной точки, как показано на рис.4. Две печи используются при разных температурах, чтобы получить эквивалентную низкой эталонной температуры, отличной от температуры любой из духовок.

Например, провода от термопары типа К. датчик соединен с духовкой на 150 ° для производства хромега-аломега и соединение Аломега-Хромега при 150 ° F (2,66 мВ каждый).

В напряжение между выходными проводами первой духовки будет вдвое 2.66 мВ или 5,32 мВ. Чтобы компенсировать этот уровень напряжения, выходные провода (Chromega и Alomega) подключены к медным проводам во второй печи, поддерживаемой при температуре 265,5 ° F. Это точный температура, при которой производятся хромега-медь и аломега-медь понижающее напряжение дифференциала 5,32 мВ.

Таким образом, это напряжение нивелирует разность 5,32 мВ на выходе из первой печи. 0 мВ на медных выходных клеммах.Это эквивалент напряжения 32 ° F (0 ° C).

Техническое обучение Техническое обучение

Компенсация холодного (эталонного) спая термопары

В этом сообщении в блоге я кратко рассмотрю термопары и особенно холодный спай и различные методы компенсации холодного спая.

За многие годы работы с калибровкой технологических приборов меня часто удивляет, что даже люди, которые много работают с термопарами, не всегда понимают, как работают термопары, и особенно холодный (эталонный) спай, и поэтому они могут погрешности измерения и калибровки.

Чтобы иметь возможность обсудить холодный спай, нам нужно сначала кратко рассмотреть теорию термопары и то, как термопара работает.

Я не буду углубляться в теоретическую науку, но остановлюсь больше на практических соображениях, которые вам следует знать, когда вы работаете с измерениями и калибровкой термопар на типичном технологическом предприятии.

Загрузите эту статью бесплатно в формате pdf:

Терминология: Холодный спай или эталонный спай

«Холодный спай» термопары часто называют «эталонным спаем», но мне кажется, что люди используют «Холодный спай» чаще, поэтому я буду использовать его в этом тексте.

Термопары

Термопары — очень распространенные датчики температуры на производственных предприятиях. Термопары имеют несколько преимуществ, которые делают их широко используемыми.Их можно использовать для измерения очень высоких температур, намного превышающих RTD (резистивный датчик температуры). Термопара также является очень прочным датчиком, поэтому ее нелегко сломать. Хотя термопары не так точны, как датчики RTD, они достаточно точны для многих приложений. Термопары также являются относительно дешевыми датчиками, и для схемы измерения термопары не требуется ток возбуждения, как для схемы RTD, поэтому схема в этом смысле более проста в изготовлении.Существует множество различных типов термопар, оптимизированных для различных применений.

Датчик термопары кажется очень простым в использовании — всего два провода — что может пойти не так?

Но, учитывая холодный спай и все спая в измерительной цепи, это не всегда так просто, как кажется.

Давайте приступим к обсуждению холодного спая, но перед этим еще несколько слов о теории термопар, чтобы лучше понять обсуждение холодного спая.

Как работает термопара?

Давайте посмотрим, как работает термопара. Термопара состоит из двух проводов, состоящих из разных электрических проводников, соединенных вместе на одном конце («горячий» конец), то есть на конце, которым вы хотите измерять температуру.

Как обнаружил еще в 1821 году Томас Иоганн Зеебек, когда точка соединения этих проводов подвергается разным температурам, возникает термоэлектрический ток, вызывающий небольшое напряжение между проводами на открытом конце.Напряжение зависит от температуры и материалов используемых токопроводящих проводов. Этот эффект получил название эффекта Зеебека.

Упрощенное принципиальное изображение термопары:

На приведенном выше рисунке: «Материал термопары 1 и 2» представляет два разных материала, из которых изготовлена ​​термопара. «T1» — это горячий конец термопары, то есть точка, которая используется для измерения температуры. Два «Tcj» — это температуры холодных спаев.

Приведенное выше объяснение несколько упрощено, поскольку термовольт фактически создается градиентами температуры в проводе термопары на всем пути между «горячим» и «холодным» спаями. Таким образом, на самом деле напряжение генерируется не в точках соединения, а в градиенте температуры вдоль провода. Это легче понять, если подумать, что термовольт создается в переходах, горячих и холодных. Возможно, более научная теория термопар может быть представлена ​​в каком-нибудь другом посте позже, но в этом давайте остановимся на практических соображениях.

Типы и материалы термопар

Существует множество типов термопар, которые изготавливаются из различных материалов и сплавов. Различные материалы будут вызывать разную чувствительность, различное количество термовольт, генерируемых при одной и той же температуре, и будут влиять на другие характеристики, такие как максимальная температура.

Стандартизированы несколько различных типов термопар, и указаны названия используемых материалов. Имена, как правило, очень короткие, часто из одной буквы, например типа K, R, S, J, K и т. Д.

Некоторые из наиболее распространенных термопар и их материалы перечислены в таблице ниже:

Цвета проводов

Хорошей новостью является то, что провода термопар имеют цветовую маркировку для облегчения распознавания.

Плохая новость в том, что существует много разных стандартов для цветовых кодов, и они отличаются друг от друга.

Основными стандартами являются IEC60584-3 (международный) и ANSI (США), но есть и многие другие, такие как японский, французский, британский, нидерландский, немецкий и т. Д.стандарты. Так что, к сожалению, распознать шрифт по цвету немного сложно.

Термонапряжение термопары

Поскольку разные термопары изготовлены из разных материалов, термовольт также различается, это показано на рисунке ниже. Существует большая разница в напряжении, генерируемом при одинаковой температуре между разными типами.

Если вы хотите измерить более низкую температуру, очевидно, что лучше использовать более чувствительные типы, поскольку они дают более высокое напряжение, которое легче измерить.Но если вам нужно перейти на высокие температуры, вам нужно выбрать некоторые из менее чувствительных типов, которые можно использовать при таких высоких температурах.

Коэффициент Зеебека показывает, насколько изменяется напряжение термопары по сравнению с изменением температуры. Подробнее об этом позже.

Приведенный выше рисунок, иллюстрирующий разную чувствительность различных термопар, также объясняет, почему калибратор термопар обычно имеет разные характеристики точности для разных типов термопар.Измерительное устройство или калибратор обычно имеет точность измерения напряжения, указанную в напряжении. Например, он может иметь точность до 4 микровольт. Эта точность в 4 микровольта соответствует разной точности измерения температуры в зависимости от типа термопары из-за разной чувствительности термопары.

Пример измерительного устройства (калибратора)

Давайте посмотрим на две стороны: тип E и B при температуре 200 ° C. Чувствительность (коэффициент Зеебека) типа E при 200 ° C составляет около 74 мкВ / ° C, а коэффициент для типа B при 200 ° C составляет около 2 мкВ / ° C.Итак, разница между этими двумя значениями составляет 37 раз.

Например, если ваше измерительное устройство может выполнять измерения с электрической точностью 4 мкВ, это означает, что оно обеспечивает точность около 0,05 ° C (4 мкВ, деленные на 74 мкВ / ° C) для типа E при 200 ° C, и точность 2 ° C (4 мкВ разделить на 2 мкВ / ° C) для типа B при 200 ° C.

Итак, мы можем понять, почему часто существуют очень разные характеристики точности для устройства измерения / калибратора термопары для разных типов термопар.

Точность калибратора

Если вы видите технический паспорт калибратора температуры, который имеет одинаковые характеристики точности для всех типов термопар, будьте осторожны! Обычно это означает, что спецификации / технические данные были составлены в отделе маркетинга, а не в техническом отделе… 😉

Это просто не очень реалистично.

Стандарты

Существуют также некоторые стандарты (например, AMS2750E), которые требуют одинаковой точности для всех типов термопар, и это не имеет большого смысла на практике из-за огромной разницы в чувствительности для разных типов. .

Коэффициенты Зеебека

Я уже упоминал коэффициент Зеебека ранее. Это чувствительность термопары, то есть она объясняет, сколько напряжения генерируется при изменении температуры.

На рисунке ниже показаны коэффициенты Зеебека для некоторых различных термопар:

Холодный спай

А теперь давайте погрузимся в «холодный спай» …

Ранее я показал изображение упрощенного принципа термопары. показывая, что термовольт создается в соединении с «горячим» концом, где два разных проводника соединены вместе. Главный вопрос, который вы должны здесь задать: А как насчет другого конца проводов?

Какой хороший вопрос! Я рад, что вы спросили… 😉

Когда вы измеряете напряжение термопары, вы можете соединить провода термопары в мультиметр, просто правда? Не совсем! Материал соединения мультиметра обычно медный или позолоченный, поэтому это другой материал, чем материал термопары, , что означает, что вы создаете две новые термопары в соединениях мультиметра!

Давайте проиллюстрируем это на картинке:

На картинке выше материал 1 и материал 2 представляют собой два материала термопары, которые образуют термопару.«Горячий конец» — это точка, где они свариваются, и это точка, которая измеряет температуру процесса, здесь генерируется напряжение U1. Это U1 и есть то, что мы хотим измерить. В точках «холодного спая» термопара подключается к измерителю напряжения, который имеет соединения из другого материала, материала 3. В этих соединениях генерируются термовольтные напряжения U2 и U3. Именно эти напряжения U2 и U3 мы не хотим измерять, поэтому мы хотим избавиться от них или компенсировать их.

Как видно из рисунка выше, вы фактически измеряете напряжение трех (3) термопар, соединенных последовательно. Очевидно, вы хотели бы измерять только напряжение / температуру только «горячего» перехода, а не двух других переходов.

Итак, что вы можете сделать?

Вам нужно как-то устранить или компенсировать образование термопар в холодных спаях. Это можно сделать разными способами. Давайте посмотрим на них дальше.

Варианты холодного спая и методы компенсации

1.Холодный спай в ледяной ванне

По своей природе спай термопары не генерирует термовольт, когда он находится при температуре 0 ° C (32 ° F). Таким образом, вы можете сделать холодный спай при этой температуре, например, в ледяной бане или в точном температурном блоке. Вы можете соединить провода термопары с медными проводами в ледяной ванне, и в этом соединении не будет генерироваться термовольт. Тогда вам вообще не придется беспокоиться о холодном спине.

Соединения должны быть электрически изолированы от воды в ледяной ванне, чтобы избежать каких-либо токов утечки, вызывающих ошибки, или возможной коррозии.

Это очень точный способ, которым обычно занимаются калибровочные лаборатории. В любом случае это не очень практично на производственных цехах, поэтому обычно не используется на производственных предприятиях.

Пример:

Термопара типа N подключается, как показано на рисунке. Измеритель напряжения показывает 20808 мкВ. Какая измеренная температура?

E = E N (t U1 ) — E N (t r )

Где:

  • E = измеренное напряжение = 20808 мкВ
  • E N (t U1 ) = напряжение, генерируемое в горячем спай
  • E N (t r ) = напряжение, генерируемое в холодном (опорном) спайе = 0 мкВ (IEC 60584 тип N, 0 ° C)
  • E N (t U1 ) = E + E N (t r ) = 20808 мкВ + 0 мкВ = 20808 мкВ = 605 ° C (IEC 60584 тип N, 20808 мкВ)

Итак, температура 605 ° C.

2. Холодный спай при известной фиксированной температуре

Поскольку ледяная ванна оказалась непрактичной, вы также можете выполнить соединение холодного спая при некоторой другой известной фиксированной температуре. У вас может быть небольшая соединительная коробка с контролем температуры, поддерживающая постоянную температуру в коробке. Как правило, температура выше, чем температура окружающей среды, поэтому шкафу требуется только нагрев, а не охлаждение.

Зная температуру холодного спая, а также тип термопары, вы можете рассчитать и компенсировать термовольтное напряжение холодного спая.

Многие измерительные устройства или калибраторы температуры имеют функцию, в которой вы можете ввести температуру холодного спая, и устройство выполнит все вычисления за вас и произведет компенсацию.

Пример:

Термопара типа N подключается, как показано на рисунке. Измеритель напряжения показывает 19880 мкВ. Температура холодного (эталонного) спая 35 ° C. Какая измеренная температура?

E = E N (t U1 ) — E N (t r )

Где:

  • E = измеренное напряжение = 19880 мкВ
  • E N (t U1 ) = напряжение, генерируемое горячим концом
  • E N (t r ) = напряжение, генерируемое в опорном (или холодном) переходе = 928 мкВ (IEC 60584 тип N, 35 ° C)
  • E N ( t U1 ) = E + E N (t r ) = 19880 мкВ + 928 мкВ = 20808 мкВ = 605 ° C (IEC 60584 тип N, 20808 мкВ)

Итак, измеренная температура составляет 605 ° C.

Обратите внимание, , что расчеты термопар всегда должны производиться по напряжению. Распространенной ошибкой является поиск значения измеренного напряжения в таблице и прибавление температуры холодного спая. В этом случае соответствующая температура для измеренного значения 19880 мкВ согласно стандарту IEC 60584 составляет 581,2 ° C. Расчет с использованием значений температуры даст 581,2 ° C + 35 ° C = 616,2 ° C. Погрешность + 11,2 ° C.

3. Измерьте температуру холодного спая

Если вы не регулируете температуру холодного спая, как в предыдущем примере, вы можете в любом случае измерить температуру холодного спая с помощью датчика температуры.Затем вы можете компенсировать эффект холодного спая, но это немного сложнее, поскольку вам нужно постоянно измерять температуру холодного спая и, зная тип термопары, производить расчеты, чтобы узнать эффект холодного спая.

К счастью, многие калибраторы температуры предоставляют возможность использовать температурный датчик для измерения температуры холодного спая, и устройство выполняет все компенсации и вычисления автоматически.

4.Автоматическая онлайн-компенсация в измерительном устройстве

Я упоминал, что предыдущий пример был трудным, поскольку вам нужно было рассчитывать компенсацию в любое время, но вы можете оставить это измерительному устройству, чтобы оно выполнялось автоматически. Измерительное устройство (преобразователь, входная плата DCS или калибратор температуры) может постоянно измерять температуру холодного спая и автоматически выполнять оперативную компенсацию ошибки холодного спая. Поскольку измерительный прибор также знает тип термопары (вы выбираете его в меню), он может выполнять компенсацию автоматически и непрерывно.

Это, естественно, самый простой и практичный способ компенсации холодного спая при обычных измерениях и калибровках, так как вам не нужно беспокоиться о холодном спаде и оставить оборудование для ухода за ним. Вы просто вставляете провод термопары в устройство.

Калибраторы температуры Beamex также поддерживают этот вид автоматической компенсации.

Загрузите бесплатный технический документ

Загрузите эту статью бесплатно в формате pdf:

Сопутствующие продукты Beamex

Обратите внимание на калибратор температуры Beamex MC6-T.Он также может использоваться для калибровки термопар и имеет автоматическую компенсацию холодного спая. Он также предлагает универсальный разъем, к которому вы можете подключать различные разъемы термопар или оголенные провода термопар.

Щелкните изображение ниже, чтобы узнать больше о Beamex MC6-T:

Также обратите внимание на калибратор Beamex MC6 для справки.

Компенсация холодного спая в термопаре

Аннотация: Термопары являются одними из наиболее широко используемых устройств для измерения температуры благодаря своей прочности, воспроизводимости и малому времени отклика.В этой заметке по применению обсуждаются основные операции термопары, включая определение и функцию эталонного (холодного) спая. В примечании также даются рекомендации по выбору устройства для измерения температуры холодного спая в зависимости от области применения. Показаны три примера схем.

Введение

Из множества преобразователей, доступных для измерения температуры, термопары являются одними из самых распространенных. Термопары используются в повседневных системах, таких как автомобили и бытовая техника.Они предлагают экономически эффективные средства для измерения гораздо более широкого диапазона температур, чем другие распространенные решения, такие как терморезисторы (RTD), термисторы и термочувствительные интегральные схемы (IC). Кроме того, надежность, воспроизводимость и быстрое время отклика делают термопары популярным выбором во многих средах.

Однако у использования термопар есть некоторые недостатки, в частности отсутствие линейности. Хотя термопары могут использоваться в более широком диапазоне температур, чем RTD и термочувствительные ИС, они гораздо менее линейны.Кроме того, термометры сопротивления и термочувствительные ИС обычно предлагают лучшую чувствительность и точность — две характеристики, которые необходимы для более точных приложений. Сигналы термопар имеют очень низкий уровень и часто требуют усиления или преобразователя данных с высоким разрешением для обработки сигналов.

Несмотря на указанные выше недостатки, общая стоимость, простота использования и широкий диапазон температур по-прежнему делают термопары популярными.

Основные сведения о термопарах

Термопары — это устройства для измерения дифференциальной температуры.Они состоят из двух проводов из разнородных металлов. Один провод предварительно обозначен как положительный, а другой как отрицательный. В таблице 1 перечислены четыре наиболее распространенных типа термопар, используемые металлы или сплавы, а также допустимый диапазон температур для каждого типа. Каждый тип термопары предлагает уникальные термоэлектрические характеристики в заданном диапазоне температур.

Таблица 1. Основные характеристики термопары

Тип Положительный металл / сплав Отрицательный металл / сплав Диапазон температур (° C)
Т Медь Константан -200 по +350
Дж Утюг Константан 0 до +750
К Хромель Алюмель -200 до +1250
E Хромель Константан от -200 до +900

Если соединить два разных металла (т.е., сварные или припаянные), чтобы сформировать два перехода, как показано на рисунке , рис. 1а, , напряжение, генерируемое контуром, является функцией разницы температур между двумя переходами. Это явление известно как эффект Зеебека, обычно описываемый как процесс преобразования тепловой энергии в электрическую. Эффект Зеебека противоположен эффекту Пельтье, при котором электрическая энергия преобразуется в тепловую, что наблюдается в таких приложениях, как термоэлектрические охладители.На рисунке 1a показано, что измеренное выходное напряжение V OUT представляет собой разницу между измеренным напряжением (горячего) перехода и опорным напряжением (холодного) перехода. Поскольку V H и V C генерируются разницей температур между двумя переходами, V OUT также является функцией этой разницы температур. Масштабный коэффициент, который связывает разницу напряжений с разницей температур, известен как коэффициент Зеебека.


Рисунок 1а.Напряжение контура, создаваемое разницей температур между двумя переходами термопары, является результатом эффекта Зеебека.


Рисунок 1б. В наиболее распространенной конфигурации термопары два провода термопары соединены на одном конце. Открытый конец каждого провода подсоединяется к изотермическому соединителю из меди.

На рис. 1b показана конфигурация, наиболее часто используемая в термопарах. Эта конфигурация вводит третий металл (также известный как промежуточный металл ) в петлю и два дополнительных соединения.В этом примере открытые концы каждого провода электрически соединены с проводами или дорожками из меди. Эти соединения вводят в систему два дополнительных соединения. Пока эти два перехода имеют одинаковую температуру, промежуточный металл (медь) не влияет на выходное напряжение. Такая конфигурация позволяет использовать термопару без отдельного холодного спая. V OUT по-прежнему зависит от разницы температур горячего и холодного спая, связанной с коэффициентом Зеебека.Однако, поскольку термопара измеряет температуру по-разному, температура холодного спая должна быть известна, чтобы определить фактическую температуру, измеренную в горячем спай.

Самый простой случай возникает, когда холодный спай имеет температуру 0 ° C, также известную как эталон ледяной ванны. Если T C = 0 ° C, то V OUT = V H . В этом случае напряжение, измеренное на горячем спайе, является прямым переводом фактической температуры на этом спайе. Национальное бюро стандартов (NBS) предоставляет справочные таблицы, содержащие данные о характеристиках напряжений термопар по сравнению стемпературы для различных типов термопар. Все данные основаны на температуре холодного спая 0 ° C. Используя эталонную ледяную баню, вы можете определить температуру горячего спая, посмотрев V H в соответствующей таблице.

На заре создания термопар эталонная ледяная баня служила стандартом для термопар. Применение ледяной ванны сегодня в большинстве ситуаций нецелесообразно. Следовательно, когда температура холодного спая не равна 0 ° C, температура этого спая должна быть известна, чтобы определить фактическую температуру горячего спая.Выходное напряжение термопары также необходимо компенсировать, чтобы учесть напряжение, создаваемое ненулевой температурой холодного спая. Этот процесс известен как компенсация холодного спая.

Выбор прибора для измерения температуры холодного спая

Как объяснялось выше, для реализации компенсации холодного спая необходимо определить температуру холодного спая. Этот расчет может быть выполнен с помощью любого типа устройства для измерения температуры. К наиболее популярным устройствам относятся термочувствительные ИС, термисторы и термометры сопротивления.Каждое семейство устройств имеет преимущества и недостатки по сравнению с другими, поэтому требования конкретного приложения будут определять, какой тип использовать.

Для приложений, требующих высочайшей точности, откалиброванный платиновый RTD обеспечивает наилучшие характеристики в самом широком диапазоне температур. Однако такая производительность обходится дорого.

Термисторы и кремниевые термочувствительные ИС являются экономичной альтернативой RTD для приложений, которые не требуют такой высокой точности.Термисторы работают в более широком диапазоне температур, чем кремниевые ИС. Тем не менее, термочувствительные ИС часто предпочтительнее термисторов из-за их линейности; Коррекция нелинейности термистора может потребовать слишком много работы от микроконтроллера системы. Чувствительные к температуре ИС обеспечивают отличную линейность, но работают в более узком температурном диапазоне.

Таким образом, необходимо выбрать устройство для измерения температуры холодного спая в соответствии с требованиями системы.Как и в случае любого приложения для измерения температуры, точность, температурный диапазон, стоимость и линейность — все это важные факторы в процессе выбора. Каждое требование необходимо тщательно взвесить, чтобы выбрать оптимальное сочетание стоимости и производительности.

Цифры в цифрах

После того, как вы установили метод компенсации холодного спая, скомпенсированное выходное напряжение необходимо преобразовать в соответствующую температуру. Простой метод «перевода» использует таблицы поиска из NBS.Реализация таблиц поиска в программном обеспечении требует памяти для хранения, но таблицы обеспечивают быстрое и точное решение, когда измерения необходимо повторять непрерывно. Два других метода перевода напряжений термопар в температуру требуют несколько больше работы, чем справочные таблицы: 1) линейная аппроксимация с использованием полиномиальных коэффициентов; 2) аналоговая линеаризация выходного сигнала термопары.

Программная линейная аппроксимация популярна, потому что не требуется никакого хранения, за исключением предварительно определенных полиномиальных коэффициентов.Однако у этого метода есть недостаток: время обработки, связанное с решением многочленов нескольких порядков. Время обработки увеличивается для полиномов более высокого порядка, что обычно требуется при работе с более широким диапазоном температур. Для температур, где требуются полиномы более высокого порядка, справочные таблицы могут оказаться более точными и более эффективными, чем линейное приближение.

До появления современного программного обеспечения аналоговая линеаризация обычно использовалась для преобразования измеренного напряжения в температуру (в дополнение к ручному поиску в справочных таблицах).Этот аппаратный метод использует аналоговую схему для коррекции нелинейности отклика термопары. Его точность зависит от порядка используемой коррекции приближения. Этот подход до сих пор широко используется в мультиметрах, которые принимают сигналы термопар.

Цепи приложений

В следующих примерах показаны три метода компенсации холодного спая, в которых используются кремниевые термочувствительные ИС. Три схемы ориентированы на простые решения для приложений, требующих только узкого диапазона температур холодного спая (от 0 ° C до + 70 ° C и от -40 ° C до + 85 ° C) и точности с точностью до нескольких градусов.Цепь 1 включает в себя ИС местного измерения температуры рядом с холодным спаем для определения его температуры. Схема 2 включает в себя датчик температуры с выносным диодом, который питается от транзистора с диодным соединением, установленного непосредственно на разъеме термопары. Схема 3 включает аналого-цифровой преобразователь (АЦП) со встроенной компенсацией холодного спая. Во всех трех примерах используется термопара K-типа, изготовленная из хромеля и алюмеля.

Пример № 1
В схеме, показанной на рис. 2 , 16-разрядный сигма-дельта АЦП преобразует низкоуровневое напряжение термопары в 16-разрядный последовательный цифровой выход.Встроенный усилитель с программируемым усилением увеличивает разрешающую способность АЦП, что часто требуется при работе с низкоуровневыми сигналами термопар. Чувствительная к температуре ИС, расположенная в непосредственной близости от разъема термопары, измеряет температуру вблизи холодного спая. Этот метод основан на предположении, что температура на ИС примерно равна температуре холодного спая. Выходное напряжение датчика температуры холодного спая преобразуется каналом 2 АЦП.Встроенное опорное напряжение 2,56 В датчика температуры устраняет необходимость в отдельной опорной ИС.


Рис. 2. Микросхема местного измерения температуры (MAX6610) определяет температуру холодного спая. Микросхема измерения температуры расположена рядом с разъемом термопары (холодный спай). Выходные напряжения для термопары и датчика температуры холодного спая преобразуются 16-битным АЦП (MX7705).

При работе в биполярном режиме АЦП может преобразовывать положительные и отрицательные уровни напряжения термопары на канале 1.Канал 2 АЦП преобразует несимметричный выход напряжения MAX6610 в цифровой сигнал для обработки микроконтроллером. Выходное напряжение термочувствительной ИС пропорционально измеренной температуре холодного спая.

Для определения фактической температуры горячего спая необходимо сначала определить температуру холодного спая. Затем используйте справочные таблицы, предоставленные NBS для термопар K-типа, чтобы перевести температуру холодного спая в соответствующее ей термоэлектрическое напряжение.После корректировки усиления PGA добавьте это напряжение к оцифрованным показаниям термопары. Затем переведите сумму в температуру, снова используя справочные таблицы. Результат — фактическая температура в зоне горячего спая. Таблица 2 отображает измерения, сделанные при подметании холодного спая от -40 ° C до + 85 ° C в печи и поддержании температуры горячего спая на + 100 ° C в отдельной печи. Точность измерений во многом зависит от точности локальной ИС, измеряющей температуру, и температуры печи.

Таблица 2. Примеры измерений для схемы на Рисунке 2 с холодным и горячим спаями в отдельных печах

Холодный спай
Температура
(° C)
Измеренная температура горячего спая
Температура *
(° C)
Измерение № 1 -39,9 +101,4
Измерение № 2 0,0 +101,5
Измерение № 3 +25.2 +100,2
Измерение № 4 +85,0 +99.0
* Значения, указанные в столбце «Измеренная температура горячего спая», представляют собой скомпенсированные измерения температуры горячего спая, полученные от цепи.

Пример № 2
В Рисунок 3 , ИС с дистанционным датчиком температуры измеряет температуру холодного спая схемы. В отличие от ИС местного измерения температуры, датчик температуры с удаленным диодом не обязательно должен находиться рядом с холодным спаем, поскольку он использует внешний NPN-транзистор с диодным соединением для измерения температуры холодного спая.Этот транзистор устанавливается непосредственно на медный фиксатор разъема термопары. Микросхема измерения температуры преобразует сигнал этого транзистора с диодным соединением в цифровой выходной сигнал.

Канал 1 АЦП преобразует напряжение термопары в цифровой выход. Канал 2 АЦП не используется и заземлен. На вход опорного сигнала АЦП подается стабильная ИС опорного напряжения 2,5 В.


Рис. 3. ИС датчика температуры с удаленным диодом не обязательно должна находиться рядом с холодным спаем, поскольку для измерения температуры в ней используется внешний диод.Этот диод можно установить непосредственно на дополнительный фиксатор разъема термопары. MAX6002 обеспечивает стабильное опорное напряжение 2,5 В для АЦП.

В таблице 3 показаны измерения, выполненные при изменении температуры холодного спая от -40 ° C до + 85 ° C при сохранении температуры горячего спая на уровне + 100 ° C. Точность измерений зависит как от точности ИС с дистанционным датчиком температуры, так и от температуры печи.

Таблица 3.Примеры измерений для схемы на рис. 3 с холодным и горячим спаями в отдельных печах.

Холодный спай
Температура
(° C)
Измеренная температура горячего спая
Температура *
(° C)
Измерение № 1 -39,8 +99.1
Измерение № 2 -0,3 +98,4
Измерение № 3 +25,0 +99.7
Измерение № 4 +85,1 +101,5
* Значения, указанные в столбце «Измеренная температура горячего спая», представляют собой скомпенсированные измерения температуры горячего спая, полученные от цепи.

Пример № 3
Рисунок 4 включает в себя ИС, которая объединяет 12-разрядный АЦП с термочувствительным диодом. Температурный диод преобразует температуру окружающей среды в напряжение. ИС принимает это напряжение и напряжение термопары и вычисляет скомпенсированную температуру горячего спая.Цифровой выход — это скомпенсированная температура горячего спая, измеренная термопарой. Гарантированная температурная погрешность этого устройства находится в пределах ± 9 LSB для температур горячего спая от 0 ° C до + 700 ° C. Хотя это устройство может измерять широкий диапазон температур горячего спая, оно не может измерять температуры ниже 0 ° C.


Рис. 4. АЦП со встроенной компенсацией холодного спая преобразует напряжение термопары без необходимости во внешней компенсации.

В таблице 4 показаны измерения, сделанные для схемы на Рисунке 4, при изменении температуры холодного спая от 0 ° C до + 70 ° C при сохранении температуры горячего спая на уровне + 100 ° C.

Таблица 4. Примеры измерений для схемы на рис. 4 с холодным и горячим спаями в отдельных печах

Холодный спай
Температура
(° C)
Измеренная температура горячего спая
Температура *
(° C)
Измерение № 1 0,0 +100,25
Измерение № 2 +25,2 +100,25
Измерение № 3 +50.1 +101.0
Измерение № 4 +70.0 +101,25
* Значения, указанные в столбце «Измеренная температура горячего спая», являются десятичным представлением цифровых выходов, обеспечиваемых схемой.

Заключение

При работе с термопарами вы должны установить контрольную точку, потому что термопары являются устройствами измерения дифференциальной температуры. Термопара обеспечивает напряжение, которое представляет собой разницу температур между горячим и холодным спаями.Если вы знаете как температуру холодного спая, так и температуру горячего спая относительно температуры холодного спая, вы можете определить фактическую температуру горячего спая.

Основными критериями выбора подходящего устройства компенсации холодного спая являются точность, стоимость, линейность и температурный диапазон. Некоторые платиновые термометры сопротивления предлагают лучшую точность, но при высокой стоимости. Термисторы недороги и работают в широком диапазоне температур, но их отсутствие линейности может быть проблематичным.Кремниевые термочувствительные ИС работают в узком температурном диапазоне, но обеспечивают разумную точность, линейность и низкую стоимость, что делает их подходящим выбором для многих приложений компенсации холодного спая термопар.

Аналогичная статья появилась на веб-сайте ECN в марте 2005 года.

Горячие и холодные термопары

Обычный датчик температуры содержит термопару, состоящую из двух разнородных металлов, сваренных вместе для образования электрического спая.Генерируется напряжение, которое изменяется в зависимости от температуры. Чуть менее точные, чем резистивные датчики температуры (RTD), термопары покрывают широкий диапазон температур и быстро реагируют.

Комбинации разных металлов создают разные характеристики напряжения. Все разнородные металлы, используемые для создания термопар, показывают изменение напряжения из-за эффекта Зеебека, но для изготовления коммерческих термопар используется несколько конкретных комбинаций. Эти датчики можно разделить на два типа: термопары из недрагоценных металлов и термопары из благородных металлов.

Термопары из недрагоценных металлов являются наиболее распространенными. В термопарах из благородных металлов используются драгоценные металлы, такие как платина и родий. Термопары из благородных металлов более дорогие и используются для измерения более высоких температур.

Каждый тип термопары обозначается одной буквой, обозначающей два содержащихся в ней металла. Например, термопара J-типа содержит железо и константан. Термоэлектрические свойства стандартизированы для каждого типа, поэтому измерения температуры можно повторить.Провода и разъемы термопар также стандартизированы с цветными штекерами и гнездами, указывающими тип термопары. Различные цвета изоляции и выводных проводов также указывают на класс термопары и степень удлинения.

Самая распространенная термопара — это тип K. Диапазон рабочих температур в непрерывном режиме составляет от 0 до 1100 ° C. Чувствительность 41 мкВ / ° C. Два металла — хромель и алюмель. Хромель представляет собой сплав 90% никеля и 10% хрома. Алюмель — это сплав, состоящий из 95% никеля, двух процентов алюминия, двух процентов марганца и одного процента кремния.Термопары, изготовленные из магнитных материалов, таких как никель, отличаются тем, что температурная чувствительность отклоняется в точке Кюри, что случается с термопарами типа K при 185 ° C.

Для точных измерений обратные провода различных металлов термопары должны иметь одинаковую известную температуру. Кроме того, любое соединение между двумя разными металлами создает спай термопары. Таким образом, соединения термопары с измерительными приборами должны быть простыми и симметричными, чтобы избежать непреднамеренных переходов термопары.

Поскольку обе стороны биметаллического перехода в идеале имеют одинаковую температуру, в этой точке нет перепада напряжения. На самом деле перепад напряжения является результатом температурного градиента вдоль провода между местом соединения и контрольной точкой.

Типичные ответы для типов термопар. Нажмите, чтобы увеличить.

Выходы термопар небольшие, обычно измеряются в микровольтах. Таким образом, измерительные приборы должны быть достаточно чувствительными, чтобы работать с этими слабыми сигналами.Измерительный прибор также должен быть согласован по сопротивлению, чтобы предотвратить нагрузку на цепь.

Еще одно замечание о термопарах — их выход по температуре нелинейный. Следовательно, стандарт Международной температурной шкалы 1990 г. (ITS-90) определяет уравнения, которые коррелируют между температурой термопары и выходным напряжением. Эти данные доступны на веб-сайте Национального института стандартов и технологий (NIST) (http://srdata.nist.gov/its90/main/).

Поскольку напряжение, создаваемое термопарой, нелинейно зависит от температуры холодного спая на измерительном приборе, необходима так называемая компенсация холодного спая.Блок холодного спая соединяет выводы термопары с измерительным прибором. Этот блок удерживает оба вывода термопары при одинаковой температуре и часто представляет собой соединитель, сделанный из большой металлической массы. Воздушные потоки могут повлиять на температуру, поэтому имеет смысл поместить блок в ограждение.

Точное измерение блока холодного спая действует как эталонная температура. В классическом методе установки температуры холодного спая выводы термопары находятся в ледяной бане, обеспечивая тем самым эталонную температуру 0 ° C.Однако обычной практикой является измерение температуры холодного спая с помощью термометра сопротивления или термистора. Зная эталонную температуру, можно определить напряжение термопары для этой температуры (относительно 0 ° C) и добавить его к напряжению, измеренному на выводах термопары. Это напряжение требуется при обращении к диаграммам NIST, поскольку значения в диаграммах указаны относительно 0 ° C.

Таким образом, чтобы точно определить температуру термопары, мы сначала преобразуем температуру холодного спая в напряжение, добавляем напряжение холодного спая к измеренному напряжению термопары, а затем преобразуем суммарное напряжение холодного спая и напряжение термопары в температуру термопары.

Провода термопары

защищены изоляцией и часто имеют защитную оболочку на конце перехода для защиты чувствительного элемента. Термопара без защитной оболочки называется открытой термопарой. Отсутствие оболочки позволяет использовать небольшой датчик с прямой теплопередачей от измеряемого объекта. Этот тип термопары также быстро реагирует.

В заземленной термопаре датчик приварен к оболочке. В этом случае оболочка часто бывает металлической, что обеспечивает теплопередачу, но защищает от агрессивных сред.Однако электрическое соединение между термопарой и металлической оболочкой делает измерения чувствительными к помехам от контуров заземления. Незаземленные термопары изолированы от оболочки слоем изоляции между термопарой и измеряемым объектом. Но изоляционный слой замедляет температурный отклик датчика.

Точность и диапазон измерения температуры зависят от типа используемой термопары и стандарта, которого придерживается ее производитель. Стандарт Международной электротехнической комиссии, изложенный в IEC-EN 60584, содержит производственные допуски для термопар из недрагоценных и благородных металлов.ASTM E230 описывает параллельный стандарт, используемый в США Американским обществом испытаний и материалов.

Термопары

показывают широкий диапазон погрешности в зависимости от класса допуска. Однако некоторые термопары имеют допуск на погрешность лучше ± 1 ° C.

В некоторых конфигурациях измерения термопарам требуется напряжение смещения постоянного тока для установки рабочей точки датчика. Есть несколько способов смещения термопары. Чаще всего используются два одинаковых больших резистора, подключенных к каждому концу термопары.Затем противоположный конец резисторов подключается к источникам положительного или отрицательного напряжения. Этот метод устанавливает рабочее напряжение термопары на среднем уровне при условии, что напряжение термопары относительно невелико.

Номиналы резисторов

обычно находятся в диапазоне от 500 кОм до 10 МОм в зависимости от входного тока. Но если выводы термопары длинные, то смещение резистора может вызвать ошибку. Длинные резистивные провода
будут реагировать с током смещения, вызывая ошибку измерения напряжения.

Другой метод смещения связывает отрицательный вывод термопары с известным источником напряжения.Использование источника напряжения устраняет ток смещения, проходящий через термопару. Остается только входной ток измерительного прибора, который обычно на порядки меньше.

Компенсация холодного спая

Дом

Продукты

Приложения

Сбор данных

Примеры из практики

Контроль

DSP

Программные методы

Интегрированные системы

Документы

Поддержка

Свяжитесь с нами

Компания

Поиск

Холодные спаи термопары

Термины горячий спай и холодный спай применительно к устройствам термопары в основном исторический.Вам не нужно иметь каких-либо соединения для получения эффектов термопары. Если вы нагреете конец металлического проводника и удерживайте другой конец за постоянная эталонная температура, две важные вещи происходить.

  1. Тепловой поток. Имеется температурный градиент, поэтому тепло течет от горячего конца к холодному. С малогабаритным провод термопары, на самом деле очень мало тепловой энергии достигает холодного конца, и температурный градиент обычно составляет непостоянен по проводам из-за потери тепла.
  2. Эффект Зеебека. Энергичные электроны на горячих конец рассеивается к холодному концу, давая менее энергичный электронов вместе с ними, что приводит к более высокому статическому потенциал на горячем конце относительно холодного конца. В чем больше градиент температуры, тем больше потенциал разница. (Есть дополнительные побочные эффекты при соединении разнородных материалов.)

На практике измерить Зеебека сложно. эффект напрямую.Когда вы прикрепляете измерительные щупы, там представляет собой тепловую разницу между выводами зонда, производящую дополнительные эффекты термопары, которые мешают измерения.

Классическая конфигурация контура термопары

Для измерения тепловых эффектов два разных используются металлические проводники. Они должны быть химически, электрически и физически совместимы. Они производят разные электрические потенциалы при воздействии одного и того же тепловой градиент.

В классической конфигурации разнородный провода термопар свариваются при измерении конец (горячий спай), и снова на эталонном конце (холодный стык), образуя петлю. Горячий спай гарантирует что потенциал в этой точке совпадает в двух металлах. Погружение контрольного перехода в ледяную суспензию гарантирует, что градиенты температуры одинаковы по оба материала. Суспензия ледяной воды служит эталоном температура 0 градусов Цельсия .


Рисунок 1 — разнородные металлы образуют петлю, два соединения

Сварка проводов термопар в месте холодного спая также уравнивает там потенциалы. Чтобы раскрыть потенциал разница снова наблюдается, необходимо нарушить петля. Выберите место на одном из проводов термопары, где температура соответствует температуре измерения ведет. Разорвите там петлю и прикрепите соответствующие выводы к две стороны разрыва для измерения потенциала.


Рисунок 2 — разность потенциалов при разрыве контура

  • Путем поддержания однородной температуры там, где провода connect, температурные градиенты не изменяются.
  • Избегая температурных градиентов на подводящих проводах, паразитные эффекты термопары остаются небольшими.
  • При правильном сопоставлении отведений любые остаточные эффекты отменить дифференциальные измерения.

Холодный спай на практике

Поддержание суспензии ледяной воды и фактического холода соединение редко возможно.Обычно холод соединение опускается, а потенциал измеряется напрямую через два клеммных конца проводов термопары при температуре окружающей среды. По историческим причинам мы говорим о клеммы концов проводов термопары как холодный перекресток, несмотря на то, что больше нет намеренное соединение. (По тем же историческим причинам мы называем измерительный спай термопары как горячий спай , даже если он используется для измерения минусовые температуры.) Измеренный потенциал указывает разница температур между точкой горячего спая и неизвестные терминалы холодного спая. Чтобы завершить измерение температуры, необходимо определить терминал температура каким-то образом.


Рисунок 3 — без физического холодного спая

Компенсация холодного спая

Обычно используются два подхода.

  1. Смоделируйте потенциальные эффекты, которые могут возникнуть для пары проводов термопары между клеммами при их измеренной температуре и другого спая при эталонной температуре 0 градусов.Измерьте потенциал на паре проводов термопары последовательно с смоделированным потенциалом. Примените кривую линеаризации к сумме, получая таким образом расчетную абсолютную температуру напрямую. Это известно как компенсация холодного спая . Обычно моделирование выполняется в электронном виде с помощью специализированных устройств на интегральных схемах.


    Рисунок 4 — Электронная компенсация холодного спая

    Этот подход допускает две ошибки аппроксимации: одну для оценки температуры холодного спая, а другую — для аппроксимации влияния на потенциал перехода.Помимо того, что уже встроено в электронную симуляцию, калибровка сложна и, вероятно, ограничивается регулировкой смещения.

  2. Самостоятельно измерить температуру холодного спая. Измерьте потенциал термопары и применить кривые преобразования для определения разницы температур на термопаре. Затем добавьте известную температуру холодного спая к измеренной разности температур, чтобы определить абсолютное измерение температуры.


    Рисунок 5 — независимое измерение холодного спая

    В этом подходе используется на одну оценку меньше, но он по-прежнему зависит от точных измерений температуры холодного спая.

LT1025A твердотельные устройства измерения температуры доступно на оконечных платах MSTB009 и опционально доступны на платах аналогового расширения MSXB037 для измерения температура холодного спая при подключении проводов термопары подключайтесь непосредственно к клеммам на платах.Любые ошибки при чтении появится температура холодного спая непосредственно как ошибки в окончательном измерении температуры. Показания составляют 10 милливольт на градус Цельсия. абсолютная температура. Установите заглушку на свой доска для активации измерений температуры, которые вы можете направить прямо в предоставленную команду THERMO по системе DAPL.

Что такое термопара? Компенсация холодного спая?

Теория, лежащая в основе термопар и компенсации холодного спая (CJC), хотя и не сложна для применения, кажется, часто сбивает с толку инженеров по контролю и технологическому процессу.В этой статье я объясню, что такое термопара, и попытаюсь развенчать концепцию компенсации холодного спая.

Термопары — это относительно недорогое термоэлектрическое устройство, которое часто используется в промышленных приложениях. Если вы задаетесь вопросом, что такое термопара, , то уверяю вас, что вы попали в нужное место.

Что такое термопара?

Термопара — это электрический термометр, состоящий из двух разнородных металлических проводов, соединенных на одном конце для образования «горячего спая» , и устройства измерения напряжения, такого как вольтметр или ПЛК, на другом конце для измерения напряжения.Спай термопары или «горячий спай» — это точка соединения двух разнородных проводов. Это хорошо видно на изображении ниже.

Источник изображения: Kirk, Weedon, Kirk, Instrumentation and Process Control

Когда горячий спай имеет температуру, отличную от температуры холодного спая, через холодный спай генерируется измеряемое напряжение. « холодный спай» или « контрольный спай», — это конец термопары, используемый для обеспечения контрольной точки.

Для чего используется термопара?

Термопары используются для измерения температуры твердых тел, жидкостей и газов в различных промышленных приложениях. Они, без сомнения, являются наиболее распространенными приборами для измерения температуры, используемыми сегодня в промышленных приложениях.

Это происходит по нескольким причинам, в том числе:

  • Термопары просты по конструкции.
  • Они довольно недорогие.
  • Имеют широкий температурный диапазон.
  • Термопары имеют достаточно хорошую точность (хотя и нелинейную по напряжению).
  • Они имеют автономное питание, то есть устройство (например, ПЛК), принимающее сигнал термопары, не должно подавать на него электроэнергию.

Как выглядит термопара?

Теоретически термопара — это не что иное, как два разных металла, скрученных вместе на одном конце. Фактически, я сделал надежные электрические датчики температуры на панели управления именно этим!

Просто возьмите часть изношенного или отрезанного провода термопары, скрутите один конец вместе, чтобы образовался горячий спай, и подключите другой конец к свободному каналу на модуле термопары вашего ПЛК.Он добавляет отличную функцию температуры панели управления на ваш дисплей HMI!

Однако это в лучшем случае грубовато. Наиболее распространенный способ создания термопары заключается в сварке двух проводов термопары вместе, а затем надевании керамических шариков на открытые концы проводов, чтобы обеспечить разделение и удерживать их изолированными от защитной гильзы.

Источник изображения: Kirk, Weedon, Kirk, Instrumentation and Process Control

Теория работы термопар

Термопары воздействуют на явление, известное как эффект Зеебека.Эффект Зеебека — это преобразование разницы температур непосредственно в электричество.

Когда цепь разомкнута на холодном спайе , между двумя разнородными проводами на этом стыке существует разность электрических потенциалов (напряжение Зеебека).

Эффект Зеебека вызывает прохождение электрического потенциала и тока, когда два разнородных провода соединяются и конец нагревается. Создаваемое напряжение во многом зависит от состава двух проводов (из чего они сделаны — подробнее об этом позже) и разницы температур между горячим спаем и холодным спаем .

Источник изображения: Кирк, Уидон, Кирк, Контрольно-измерительная аппаратура и управление процессами

Важно понимать, что напряжение НЕ генерируется на стыке двух металлов, а, скорее, по длине двух разнородных металлов, которое подвергается воздействию. к температурному градиенту.

Поскольку оба отрезка разнородных металлов испытывают одинаковый температурный градиент, конечным результатом является небольшая измеримая разность потенциалов (мВ) между ними.

Однако, как упоминалось ранее, эта взаимосвязь не является линейной, обычно это полином 8-го порядка, который выглядит примерно так… yikes!

К счастью, нам не нужно перебирать числа, чтобы выяснить, какую температуру должна считывать при заданном напряжении… введите «Таблицы термопар» .Вместо этого мы используем таблицы, в которых перечислены кривые зависимости температуры (T) от кривых напряжения (V) — подробнее об этом чуть позже!

Что такое компенсация холодного спая?

Для измерения температуры один из спая — обычно холодный спай — поддерживается при известной опорной температуре (точка льда или 0 ° C) , а другой спай — при температуре, которую необходимо определить. образующий горячий спай .

Если вы изучите изображение ниже, вы увидите, что мы пытаемся измерить напряжение Зеебека на холодном спайе, помещая цифровой мультиметр между железными и константановыми выводами термопары.

Проблема в том, что когда мы соединяем медные выводы с выводами термопары, мы создаем еще один эффект Зеебека, потому что выводы нашего измерителя не похожи на металлы термопары. Это введение нового или «промежуточного» металла требует обработки… давайте узнаем, как это сделать!

Источник изображения: Кирк, Уидон, Кирк, Контрольно-измерительная аппаратура и управление процессами

Существует закон, известный как Закон о промежуточных металлах , который гласит, что третий металл может быть вставлен в систему термопары, не влияя на генерируемое напряжение. , тогда и только тогда, когда стыки с третьим металлом сохраняются при одной и той же температуре.

Поэтому, чтобы обойти эту проблему, холодный спай помещается в «ледяную баню» , чтобы этот спай металлов имел известную эталонную температуру, мы будем называть Tref .

Конечно, иметь ведро со льдом у каждого спая термопары не очень практично в промышленных условиях, ведь… здесь в игру вступает компенсация холодного спая.

Компенсация холодного спая

Компенсация холодного спая (CJC) — это процесс использования автоматической компенсации для расчета температур, когда эталонный или холодный спай не находится на точке обледенения (или 0 ° C) .Вместо этого мы используем искусственный холодный спай с использованием термочувствительного устройства, такого как термистор, RTD или диод, для измерения температуры входных соединений на приборе или ПЛК.

Большинство модулей термопар ПЛК имеют встроенную компенсацию холодного спая, но необходимо соблюдать осторожность, чтобы не создавать холодных спаев в полевой проводке. Вот почему важно всегда использовать изотермические блоки (с постоянной температурой) всякий раз, когда вы подключаете полевые термопары в распределительных коробках или панелях управления.

Источник изображения: Кирк, Уидон, Кирк, Контрольно-измерительная аппаратура и управление процессами

Также должно быть ясно, что следует соблюдать осторожность, чтобы минимизировать любой температурный градиент между этими клеммами. Однако, если можно измерить или смоделировать напряжение или температуру известного холодного спая, можно применить соответствующие поправки. Это известно как компенсация холодного спая.

Какие бывают типы термопар?

Термопары бывают различных типов и идентифицируются там кодами ANSI J, K, T, E, N, R, S и B.Буквы термопары указывают на тип сплава, из которого изготовлена ​​термопара.

Например, из приведенной ниже таблицы термопара типа J состоит из двух разнородных металлов: железа (Fe) и медно-никелевого сплава (Cu-Ni). Где положительный вывод — железо, а отрицательный — медно-никелевый.

Кроме того, глядя на таблицу ниже, вы можете увидеть, что диапазон температур термопары J-типа составляет от -346 ° F до 2193 ° F при использовании провода класса термопары и от 32 ° F до 392 ° F при использовании провода класса удлинителя.Этот большой рабочий диапазон делает термопары очень универсальными для множества применений.

Следует отметить, что термопары типа J и типа K сегодня являются одними из наиболее широко используемых в промышленных приложениях. Это связано с их высокими рабочими диапазонами, а также с их большей чувствительностью к изменению температуры (что означает значительное изменение мВ на градус) по сравнению, например, с термопарой типа B.

В таблице ниже перечислены различные типы термопар, их комбинации металлов (сплавов), стандарты цветовой кодировки и их максимальные рабочие диапазоны.

Источник изображения: Kirk, Weedon, Kirk, Instrumentation and Process Control

Как использовать таблицы термопар

Обычно Таблицы термопар указывают показания в милливольтах (мВ) от 2 до 3 знаков после запятой. Обычно они бывают с температурными шагами в 1, 5 или 10 градусов, где шаг в 1 градус дает разрешение в 1 градус.

Ниже приведен пример спецификации термопары типа J.

Чтобы использовать таблицу термопар, подобную приведенной выше, выполните следующие действия:
  1. Найдите правильную таблицу термопар того типа, который вы используете.
  2. Найдите, где находится эталонный спай в цепи, и, используя точный термометр, измерьте и запишите его температуру.
  3. Измерьте и запишите напряжение, создаваемое термопарой. Следите за полярностью (красный провод — ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ) и запишите правильный знак с вашим показанием. Это напряжение измерительного спая, основанное на опорном спайе схемы.
  4. Найдите напряжение холодного спая в таблице термопар. Включите знак.
  5. Алгебраически (т.е. включите знаки) добавьте напряжение, создаваемое термопарой, и напряжение холодного спая, указанное в таблицах. Это позволит «скорректировать» измеренное напряжение до температуры холодного спая в таблицах термопар. Где Vmeasured + Vreference = Vtrue
  6. Перейдите в таблицы и найдите это новое (общее) напряжение. Обратите внимание на температуру, с которой это связано. Это температура процесса на измерительном (или горячем) спайе.

Я знаю, что это, наверное, сбивает с толку.Приведем небольшой пример.

Пример расчета термопары

Вопрос: Представьте, что термопара типа J показывает + 15,935 мВ на цифровом измерителе в месте ее холодного спая и имеет опорный спай при 25 ° C. Рассчитайте истинную температуру процесса в горячем спай.

Ответ: Напомним, что Vtrue = Vmeasured + Vreference

Итак, что нам нужно сделать, это выяснить, какое опорное напряжение при 25 ° C из приведенной выше таблицы. Мы находим, что температура 25 ° C соответствует напряжению 1.277мВ (убедитесь, что найдете сами!).

Теперь мы просто складываем измеренное напряжение и только что найденное опорное напряжение, чтобы вычислить истинное значение напряжения на горячем спайе.

Следовательно, Vtrue = 15,935 мВ + 1,277 мВ = 17,212 мВ

Теперь нам нужно вернуться к таблице, чтобы найти исправленные 17,212 мВ, которые мы только что рассчитали. Используя правильную строку и столбец, мы видим, что температура, соответствующая напряжению 17,212 мВ, составляет 316 ° C.

Поскольку наша таблица имеет приращение 1 ° C, это наше максимальное разрешение.

Следовательно, считываемая температура горячего спая составляет 316 ° C.

Теперь вы, вероятно, спрашиваете, а что, если истинное значение напряжения находится между двумя числами в таблице? Следует ли просто округлить до ближайшего числа?

Ну, технически НЕТ, однако, в зависимости от вашего приложения, это может быть нормально. Более правильный способ сделать это — выполнить линейную интерполяцию, однако мы отложим это обсуждение на другой раз.

Заключительные слова…

Что ж, надеюсь, я дал вам некоторые вещи для размышления, и теперь вы лучше понимаете не только принцип работы термопар, но и концепцию компенсации холодного спая.

Если вы еще этого не сделали, я рекомендую вам стать участником этого сайта. PLCGurus.NET быстро становится одним из крупнейших и наиболее быстрорастущих сообществ профессиональных инженеров, техников и технологов, которые разделяют страсть к промышленной автоматизации и системам управления.

Регистрация есть и всегда будет полностью бесплатной. Зарегистрируйтесь здесь!

Также посетите наш канал YouTube, чтобы увидеть несколько отличных видео .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.