Компенсация холодного спая для датчиков температуры
Люди, которые много работают с термопарами, также могут не знать точно, как работает холодный спай термопары (эталонной). Чтобы иметь возможность обсуждать холодный спай, нам сначала необходимо краткое представление о теории термопар и о том, как работают термопары.
Холодный спай или эталонный спай
Термопара"холодный спай"часто называют"эталонный спай", но, по нашему мнению, люди используют термин"холодный спай"чаще .
Общие термопары
Термопары являются распространенными датчиками температуры в промышленности. Ряд преимуществ термопар делают их широко используемыми. Их можно использовать для измерения очень высоких температур, намного более высоких, чем резистивные датчики температуры (РТД). Термопара также является очень прочным датчиком, поэтому ее нелегко сломать. Хотя термопары не так точны, как резистивные датчики температуры, во многих приложениях они достаточно точны.
Как работают термопары
Термопара состоит из двух проводов, состоящих из разных электрических проводников, соединенных вместе на одном конце ("горячий"конец), который используется для измерения температуры. Как обнаружил в 1821 году Томас Иоганн Зеебек, когда места соединения этих проводов подвергаются воздействию различных температур, генерируется тепловой ток, который создает небольшой зазор между проводами на открытых концах. Напряжение. Напряжение зависит от температуры и материала используемого провода. Этот эффект называется"Эффект Зеебека".
Упрощенная схема термопары
"Материалы термопар 1 и 2"на рисунке выше представлены два разных материала, используемых для термопар."Т1"— это горячий спай термопары, точка измерения температуры. Два"TCJ"– температура холодного спая. Из-за температурного градиента в проводе термопары между проводами термопары всегда возникает термонапряжение."горячий"и"холодный"заканчивается. Таким образом, напряжение создает не переход, а градиент температуры вдоль провода. Но объяснение того, что между горячей и холодной клеммами генерируется тепловое напряжение, легче понять.
Типы и материалы термопар
Существует множество типов термопар, изготовленных из разных материалов и сплавов. Разные материалы имеют разную чувствительность, создают разное тепловое напряжение при одной и той же температуре и могут влиять на другие свойства. Стандартизировано несколько различных типов термопар, и для конкретных используемых материалов даны обозначения. Имя обычно очень короткое, обычно только одна буква, например, типа K, R, S, J, K и т. д.
Наиболее распространенные термопары и их материалы
Поскольку разные термопары изготовлены из разных материалов, термоэлектрические напряжения также различаются, как показано на рисунке ниже. При одной и той же температуре напряжение, генерируемое между разными типами, сильно различается.
Тепловое напряжение термопары
Коэффициент Зеебека термопары
Если вы хотите измерять более низкие температуры, более чувствительные типы, очевидно, лучше подходят, поскольку они обеспечивают более высокие напряжения и их легче измерять. Но если вам нужно измерять высокие температуры, вы можете выбрать менее чувствительные типы, которые можно использовать в условиях сильной жары. Коэффициент Зеебека показывает, насколько изменяется напряжение термопары в зависимости от температуры. График выше иллюстрирует разную чувствительность между разными термопарами, а также объясняет, почему калибраторы термопар часто имеют разные классы точности для разных типов термопар.
холодный конец
Мы представляем упрощенную схему термопары, показывающую два разнородных проводника, соединенных вместе, создающих термонапряжение в "горячий спай"связь. На этом этапе главный вопрос, который вы зададите, должен звучать так:"где другой конец провода?"Когда вы измеряете напряжение термопары, вы подключаете провода термопары к вольтметру. Материалом соединения вольтметра обычно является медь или позолоченная медь, поэтому он отличается от материала термопары, а это означает, что вы создаете две новые термопары в соединении вольтметра!
На диаграмме выше Материал 1 и Материал 2 — это два материала термопары, из которых состоит термопара."горячий конец"— это точка, где они спаяны вместе, это точка, где измеряется температура процесса и точка, где генерируется напряжение U1. Это U1 — это то, что мы хотим измерить. На"холодный спай"В этой точке термопара подключается к вольтметру, соединение которого выполнено из другого материала (Материал 3). Пока эти разные материалы имеют одинаковую температуру окружающей среды, генерируемые ими дополнительные напряжения U2, U3 не влияют на общее тепловое напряжение. Тепловое напряжение в индексной таблице представляет собой набор напряжений, создаваемый температурным градиентом от горячего конца к холодному концу, когда холодный конец имеет температуру 0°C. Однако на практике температура окружающей среды преобразователя температуры и холодного спая термопары в большинстве случаев не равна 0°C. Следовательно, влияние температуры холодного спая необходимо устранить при расчете температуры горячего спая с использованием индексной таблицы, которая также называется компенсацией холодного спая.
Метод компенсации холодного спая
1. Метод ванны с температурой замерзания.
По своей природе спаи термопар не создают термического напряжения при температуре 0°C (32°F). Таким образом, вы можете подключать холодные спаи при этой температуре, например, в ванне с температурой замерзания или в печи с точной калибровкой температуры. Подключите провода термопары к медным проводам в ванне с температурой замерзания, не создавая теплового напряжения во время соединения. Тогда вам не придется беспокоиться о холодном конце. Соединения должны быть электрически изолированы от воды в ледяной бане, чтобы избежать любых токов утечки, которые могут вызвать ошибки или возможную коррозию. Это очень точный метод, который обычно применяется калибровочными лабораториями. На заводах это не очень практично, поэтому на фабриках его обычно не используют.
2. Холодный спай при фиксированной температуре.
Поскольку было установлено, что поглотители льда непрактичны, вы также можете выполнить холодный спай при известной фиксированной температуре. Можно использовать небольшую распределительную коробку, оснащенную устройством контроля температуры, позволяющим постоянно поддерживать определенную температуру в распределительной коробке. Обычно температура выше температуры окружающей среды, поэтому коробку нужно только нагревать, а не охлаждать.
Зная температуру холодного спая и тип термопары, вы можете рассчитать и компенсировать тепловое напряжение на холодном спае. Многие измерительные устройства или калибраторы температуры имеют возможность вводить температуру холодного спая, и устройство выполнит за вас все расчеты и компенсации.
3. Автоматическая компенсация измерения температуры холодного спая.
Предоставьте измерительному оборудованию возможность произвести автоматический расчет. Измерительное устройство (передатчик, входная плата РСУ) может измерять температуру холодного спая в любое время и автоматически компенсировать погрешность холодного спая в режиме онлайн. Поскольку измерительному прибору также известен тип термопары, компенсация может выполняться автоматически и непрерывно.
Это, безусловно, самый простой и практичный способ компенсации холодных спаев при обычных измерениях и калибровках, поскольку вам не нужно беспокоиться о холодном спае, а позволить оборудованию справиться с этим.
Компенсация холодного спая для НКС-ТТ106
Модульные датчики температуры корпорации Микрокибер включают три соглашения ХАРТ, ПРОФИБУС Пенсильвания, ФФ H1.
Поддерживаются все упомянутые выше методы компенсации холодного спая, а также существует два метода автоматической компенсации для измерения температуры холодного спая. Вы можете использовать встроенный датчик температуры рядом с клеммой НКС-ТТ106 или выбрать внешний платиновый резистивный датчик температуры. Точность измерения температуры встроенным датчиком температуры составляет ± 0,5 ℃, а при подключении внешнего платинового резистивного датчика температуры ПТ100 точность измерения температуры составляет ± 0,15 ℃.
