Режим работы:
Пн.-Пт.: с 10 до 19 часов

 

Прием заказов online:

круглосуточно без выходных
 

Телефон:
+38-(050) 967-02-74
+38-(067) 957-31-90

e-mail:
sale@hi-ip.com
 

 

  • RZ40
  • 61F-GP-N
  • XM-16
  • TDK0302
  • E6B2-CWZ6C
  • BL-TB6560
  • Огниво
  • FS10
  • Датчик положения
  • Танцевальный коврик
  • OMRON E5C2
  • YF-S201
  • OMRON H3Y-2
  • TSR-40DA
  • течеискатель
  • Пирометр
  • Тахометр
  • Анемометр GM816А
  • LBL-4
  • Гигрометр
  • Пальчиковый театр
  • ОВП-метр
  • Термостат
  • Вожжи
  • Рефрактометр
  • Анемометр
  • pH-метр
  • божья коровка
  • USB Барабаны
  • Тюнер
  • Термометр-гигрометр
  • Ночник проектор
  • Зеленый лазер
  • Фонарик
  • Мультиметр
  • V-5-120
  • HT-9815
  • CSY01H-X30
  • GP2Y1010AU0F
  • REX-CD701

 

Компенсация холодного спая в практике применения термоэлектрических преобразователей

Компенсация холодного спая в практике применения термоэлектрических преобразователей

Компенсация холодного спая в практике применения термоэлектрических преобразователей

На сегодняшний день термопары получили наибольшее распространение среди датчиков измерения температуры. Использование термопар в большом диапазоне температур более эффективно по сравнению с такими решениями, как термопреобразователь сопротивления (ТПС), термистор, или интегральный датчик температуры (ИДТ). Термопары используются, например, в автомобилях или бытовой технике. Вдобавок, их надежность, стабильность и малое время отклика делают термопары наилучшим выбором для многих видов оборудования.

Однако и в применении термопар есть некоторые сложности, в первую очередь – значительная нелинейность характеристик. К тому же, ТПС и ИДТ обычно обладают лучшими характеристиками по чувствительности и точности, что важно для прецизионных решений. Выходной сигнал термопары имеет очень малый уровень и требует усиления или применения цифровых преобразователей высокой разрядности для обработки сигнала.

Но, несмотря на все перечисленные недостатки, низкая стоимость, легкость применения и широкий температурный диапазон до сих пор являются причинами популярности термоэлектрических преобразователей.

Основные сведения о термопарах

Термопары относятся к дифференциальным измерителям температуры. Конструктивно они представляют из себя два термоэлектрода из разных металлов, один из которых принимается за положительный, другой – за отрицательный. В таблице 1 представлены наиболее распостраненные типы термопар, используемые металлы или сплавы и температурный диапазон для каждого варианта. Каждый тип термопар обладает уникальными термоэлектрическими свойствами в определенном для них температурном диапазоне.

Таблица 1. Основные характеристики термопар       

Тип Положительный
Металл/Сплав
Отрицательный
Металл/Сплав
Температурный
диапазон, °С
T Медь Константан -200…350
J Железо Константан 0…750
K Хромоникелевый сплав Алюмель -200…1250
E Хромоникелевый сплав Константан -200…900

При соединении двух металлов (пайкой или сваркой) получают два перехода (спая), как показано на рис. 1а, разность потенциалов образуется в цепи вследствие разности температур спаев. Это явление называется эффектом Зеебека, он состоит в преобразовании тепловой энергии в электрическую. Эффект Зеебека обратен эффекту Пельтье, заключающемуся в преобразовании электрической энергии в тепловую, что применяется в частности в термоэлектрических охладителях. На рис. 1 показано, что выходное напряжение Vвых – это разница между потенциалами холодного и горячего спаев. Т.к. Vгор и Vхол образуются за счет разности температур спаев, Vвых является функцией этой разности. Коэффициент, равный отношению разности потенциалов к разности температур, известен как коэффициент Зеебека.

Рис. 1а. Напряжение в цепи в результате эффекта Зеебека

Рис. 1б. Наиболее распространенная схема реализации термопары

На рисунке 1б показана наиболее часто употребляемая схема использования термопары. Здесь использован третий металл (т.н. металл-посредник), что дает дополнительный спай. В этом примере каждый термоэлектрод соединен с медным проводом. Пока между ними нет разности температур, металл-посредник не оказывает никакого влияния на выходное напряжение. Эта схема позволяет использовать термопару без отдельного опорного спая. Напряжение Vвых так и остается функцией от разности температур холодного и горячего спаев, определяемой коэффициентом Зеебека. Однако до тех пор, пока измеряется именно разница температур, для определения актуальной температуры горячего спая необходимо знать температуру холодного.

Самый простой метод – поддержание температуры холодного спая на уровне 0°C. В этом случае Vвых = Vгор, и измерение напряжения дает непосредственную информацию о температуре горячего спая.

Раньше этот вариант считался стандартом при использовании термопар, однако сейчас обеспечение такого охлаждения холодного спая зачастую непрактично. Для получения результатов измерения в абсолютных величинах необходимо знать температуру холодного спая. Выходное напряжение термопары должно быть компенсировано с учетом влияния потенциала холодного спая при ненулевой температуре. Это и называется – компенсация холодного спая.

Выбор устройства для измерения температуры холодного спая

Данные о температуре холодного спая можно получить с помощью различных датчиков и устройств. Среди самых распространенных – резистивный температурный преобразователь (РТП), термистор и интегральный датчик температуры (ИДТ). Каждое из этих устройств имеет свои достоинства и недостатки, поэтому применение того или иного датчика определяется условиями конкретной задачи.

Для устройств с высокими требованиями по точности лучшим выбором будет калиброванный платиновый РТП с его широким температурным диапазоном. Однако это решение – дорогостоящее.

Термисторы и ИДТ – недорогая альтернатива РТП в случаях, когда требования к точности не столь строгие. У термисторов рабочий температурный диапазон шире, однако ИДТ используются чаще из-за линейности характеристик. Корректировка нелинейности термисторов может требовать слишком много ресурсов от микроконтроллера устройства. ИДТ обладают превосходной линейностью характеристик, но узким диапазоном измерений.

Итак, измеритель температуры холодного спая выбирается, исходя из требований к системе. На выбор оказывают влияние точность, диапазон измерения температур, линейность характеристик и стоимость.

Решение числовых задач

Когда вы определились с методом компенсации холодного спая, скомпенсированное выходное напряжение должно быть преобразовано в данные о температуре. Самый простой метод – воспользоваться таблицами, предоставленными Национальным Бюро Стандартов США (NBS) (значения расчетных коэффициентов можно найти в справочной литературе, базирующейся на ГОСТ Р 8.585-2001 ГСИ. «Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования»). Поиск данных в этих таблицах программным путем требует определенного объема памяти для их хранения, но это быстрое и точное решение в случаях, когда измерения повторяются с большой частотой. Два других метода для преобразования напряжения в данные требуют больших ресурсов, чем поиск данных в таблицах: 1) линейная аппроксимация с помощью полиномов; 2) аналоговая линеаризация выходного сигнала термопары.

Линейная аппроксимация программным путем популярна, т.к. необходима память только для хранения заранее известных коэффициентов полинома. Недостаток этого метода в том, что время измерения зависит от скорости расчета полиномов высокой степени. Время на расчет растет с возрастанием степени полинома, что обычно происходит при увеличении диапазона измерений прибора. Для температур, при измерении которых требуется использование полиномов высоких степеней, применение таблиц может оказаться более эффективным и точным.

До того, как появилось программное обеспечение современного уровня, аналоговая линеаризация достаточно часто применялась для преобразования напряжения в температурные данные (в дополнение к ручному поиску данных в таблицах). Этот аппаратный метод основывался на использовании аналоговых схем для корректировки нелинейности сигнала термопары. Точность зависела от реализации аналоговой корректировки. Такой подход до сих пор используется в мультиметрах, принимающих сигнал с термопар.

Новости

Защита от индуцированных грозовыми разрядами пиков напряжения и коммутационных перенапряжения

16.08.2018

..

Читать далее...

Устройство и принцип действия электромагнитного клапана

12.11.2017

..

Читать далее...

Корректировка кислотности почвы

03.10.2016

..

Читать далее...

Почва вашего огорода

03.10.2016

..

Читать далее...

Буферные растворы для калибровки рН-метра (значение рН при 20С)

20.09.2016

..

Читать далее...

Калибровка ОВП-метра

20.09.2016

..

Читать далее...

Посмотреть все
  • Tondaj
  • RKC Instrument
  • OK Deals
  • Hualon
  • Степмания
  • ОМРОН
  • Sanyo Semiconductors
  • TOP TOY
  • RIKO
  • Novatek
  • HUAYANG
  • FOTEK
  • CKC
  • Soway
  • AIHUA
  • VEEGEE
  • Eno Music
  • Cheerman
  • Dis
  • Texet
  • Cason
  • ALTEC
  • JKW
  • Belkin
  • Lutron
  • Tangsfire
  • YRD (HK)
  • Willhi
  • Benetech
  • HANNA
  • Seebest
  • JiLong
  • Jinlida
  • Survive
Все права защищены © 2017