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热电偶与传统温度传感器相比具备低成本且功能多样的特有优势
添加时间:2020-04-27

1822年,一位名叫Thomas Seebeck的爱沙尼亚医生(意外地)发现两种金属之间的连接产生的电压是温度的函数,所有热电偶都依赖于所谓的“塞贝克效应”。但是,热电偶不是精密传感器:典型的误差为2°C。然而,热电偶具有宽的温度范围(-200至2000℃)并且通常仅需要因为替代装置不在所需温度下操作而需要。此外,它们相对低成本且功能多样。


    虽然几乎任何两种类型的金属都可以用来制造热电偶,但是使用了许多标准类型,因为它们具有可预测的输出电压和大的温度梯度。


    标准表显示了热电偶在任何给定温度下产生的电压。例如,300°C的K型热电偶(最受欢迎)将产生12.2 mV。这一产生的电压虽然很小,但确实意味着热电偶(与热电阻和热敏电阻不同)是自供电的,不需要激励电流。遗憾的是,不可能简单地将电压表连接到热电偶以测量该电压,因为这样做会产生第二个不希望的热电偶结。为了进行精确测量,采用称为冷端补偿(CJC)的技术。所有标准热电偶表都允许第二个热电偶连接,假设它保持在0°C。传统上,这是通过精心构造的冰浴完成的。然而,维持冰浴对于大多数应用来说是不实际的; 而是记录并补偿热电偶线连接到测量仪器的实际温度。通常,冷结温由精密热敏电阻检测,与测量仪器的输入连接器良好热接触。测量仪器使用该第二温度读数以及热电偶本身的读数来计算热电偶尖端的真实温度。理解CJC很重要,因为测量冷端温度时的任何误差都会导致热电偶尖端的测量温度出现相同的误差。


    一般说来,避免使热电偶连接 - 实际上是测量仪器 - 经受温度的突然变化,例如由气流产生的温度变化,因为这会导致错误。


    如上所述,热电偶的两个导体的不同金属选择产生具有不同特性的传感器。图总结了最流行的类型。


    除非另有说明,否则为0°C。许多制造商提供“特殊”热电偶,其精度可提高到0.5°C。


    热电偶由细线制成,以最大限度地减少热分流并延长响应时间。该细线导致热电偶具有高电阻,该电阻可能由于测量仪器的输入阻抗而导致误差。具有32 AWG线(直径0.25 mm)的典型外露结热电偶将具有约15Ω/ m的电阻。如果需要带有细引线或长电缆的热电偶,则值得保持热电偶引线短路,然后使用热电偶延长线(厚度更厚且电阻更低)在热电偶和测量仪器之间运行。在使用热电偶进行精确测量之前,最好先检查测量仪器的输入阻抗以及每个热电偶的电阻。


    如果需要增加热电偶引线的长度,请仅使用正确类型的热电偶延长线。使用任何其他类型的导线将引入不期望的热电偶结。确保用于连接延长线的任何插头,插座或端子块均由与热电偶相同的金属制成,并且必须始终遵守正确的极性。


    由于来自热电偶的信号电平仅测量微伏,噪声拾取可能是一个问题。杂散电场和磁场的噪声通常比信号电平高几个数量级。大多数测量仪器都会抑制任何共模噪声(两根导线上的信号相同) - 但这种抑制并不完美,因此尽可能减少噪声是有意义的。这可以通过将电线从嘈杂区域布线并将热电偶电缆的两根(绝缘)引线扭绞在一起来完成,以帮助确保两根电线拾取相同的噪声。如果在极其嘈杂的环境中工作(例如靠近大型电机),则值得考虑使用屏蔽延长电缆。


    关于热电偶的最后说明:去校准。这是无意中改变热电偶组成的过程。通常的原因是在工作温度范围的极端情况下大气颗粒扩散到金属中。另一个原因是来自绝缘体的杂质和化学物质扩散到热电偶线中。如果在高温下操作,请检查探头绝缘的规格。此外,使用带有绝缘接头的热电偶始终是一种好的做法,因为这有助于防止氧化和污染。


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