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讨论测量热电偶的错误估计及错误来源
添加时间:2020-04-25

误差估计基于一系列实验比较测量。用红外热像仪和热电偶进行的比较测量显示所用热电偶没有明显的误差。


    以下比较测量结果表明,热电偶能量传递产生的误差项小于红外热像仪(±2°C)和热电偶(±2,2°C)的公差带宽。


    专门测量设备仅用于比较测量,允许通过红外摄像机和热电偶同时进行测量。


    测量装置在窄端加热。厚壁铝制圆筒用于将热量均匀地分布到接触表面。在接触表面上安装特殊蚀刻的铜箔(厚度35μm),其具有导热膏,紧固环和四个螺钉。


    使用0.94的黑色箔作为相机的发光转换器。铜箔的厚度对应于通常与LED一起使用的焊盘的厚度。这允许借助红外摄像机可视化热电偶的效果。


    在IR图像中,可以识别35μm厚和1mm宽的铜箔的条纹。较亮的区域(白色)显示铜箔的温度分布。明显的暗部(黄色条纹)表示箔上对称的蚀刻区域。黄色条纹是由于缺少任何导热材料造成的。从这张图片中无法得出客观的结论。但是,它只能提供更好的主意。


    相反,显然热电偶的温度低于两个相邻的对称条带的温度。具体地,对于约100℃的器件温度和27℃的环境温度,该图像中的温度偏差(误差)等于1℃。


    注意:误差随温度升高而增加,随温度降低而减小。在LED的工作温度范围内(-40°C ... + 100°C),误差几乎保持线性。


    由于源自1°C热电偶的误差位于红外热像仪的公差范围和热电偶本身规定的范围内,因此热电偶无需进一步校正。


    胶粘剂: 

    原则上,必须确保粘合剂具有高导热性。大多数热粘合剂的导热率=> 7.5 W / mK,这足以达到此目的。


    使用氰基丙烯酸酯基粘合剂(“超级胶水”)时,建议小心:热传导不是特别好,粘合剂相对脆弱且不稳定。此外,在硬化期间发生放热反应,这导致在前十分钟期间温度显着增加。


    聚合物粘合剂提供了另一种粘合方法。然而,它们不是通用粘合剂,另外还需要UV灯。去除热电偶非常困难。环氧粘合剂具有相对长的硬化时间(约5小时),这要求热电偶牢固地固定在适当的位置,因此在实践中不太合适。去除热电偶相对困难,因为这种粘合剂具有高机械粘结性。


    通常,粘合表面应尽可能小,不显示电接触,并允许移除热电偶。


    被测设备和测量设备的电源  


    稳定的电源必须专门用于被测设备(例如带LED的电路板),该设备与电源电压电气隔离(例如带变压器的传统电源)。


    应该注意的是,许多开关电源没有隔离变压器,这会在测量过程中导致不希望的电压摆动。这些电压摆动也可以从附着的热电偶观察到,该热电偶与被测器件电隔离。被测设备的电源的电气隔离故障可能被放大而成为错误并导致测量设备中的反馈。


    对于焊接到位的热电偶,特别重要的是要注意将使用哪种类型的测量仪器以及它具有哪种类型的电源。由于大多数热电偶在100°C时的热电偶电压约为5mV,因此低电压电平易受EMI影响。使用电池供电的测量仪器对被测设备的电气隔离不太重要,因为不存在与电源线的连接,因此不会产生反馈。


    测量设备:

    选择测量设备时,重要的是要知道是否只测量一个离散值或几个离散值。为了测量单个值,建议使用带有两个外部热电偶连接的小型手持式电池驱动温度测量设备。


    第二个连接对于测量环境温度很重要。随着时间的推移,需要更精细的仪器来记录多个离散值。最好使用具有计算机接口的多通道仪器,因为数据更易于管理并且与标准软件兼容(电子表格计算)。该仪器特别精确,具有高灵敏度和误差校正单元,可同时测量多达24个热电偶。


    延长热电偶引线:  

    当热电偶引线延长时,它们会在连接点处产生额外的热电偶,在某些情况下,这会显着影响测量结果。如果扩展是不可避免的,强烈建议使用专用夹具来补偿误差。


    与通常可用的串联连接器相比,应使用热电偶电压连接器,因为它们的特殊结构明确地提供成对连接。接触杆由各种金属组成,并与热电偶中的材料分别匹配。这允许温度测量元件中的金属组合不间断地延伸。


    错误来源:

    错误来源包括:

    热电偶极性:反转热电偶的极性会导致测量数据不正确。

    热电偶类型:使用的热电偶类型也必须在测量仪器中设置。

    热电偶引线的延长:必须使用适当的热电偶电压连接器,与热电偶的类型相对应。

    安装热电偶:使用精确剂量的粘合剂,仅限于小的粘合区域。

    正确的位置:正确的测量位置是LED的焊点。然而,应该注意LED的哪个端子(阳极或阴极)是热活性的。

    正确测量:校准测量设备并创建适当的测试环境。如果不需要,请使用或修改原始外壳并避免强制对流。还要避免阳光直射,并记住不应将    金属物体用作平台或安装组件。在热电偶的焊接点之外不应发生接触。

    EMI:手机,功能强大的发射器和相位控制设备会对测量序列产生负面影响。

    外部电源:带有外部电源,PC接口和被测设备的设备应与电源线电气隔离。警告:许多开关电源没有电气隔离。

    电压隔离:当热电偶焊接到位时,可能会出现测量数据的强烈波动。对于安装有粘合剂的热电偶,这种影响很少发生。如果确实发生这种情况,则应重复安装程序。



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