Com mesurar els termoparells
Descripció general de temperatura i termoparells
La temperatura és l'energia cinètica mitjana de les partícules en el mesurament de la mostra d'objectes, la
La unitat estàndard és "grau". Les temperatures es poden mesurar de diferents maneres, i el cost i
La precisió de les mesures pot variar. Els termoparells són un dels sensors de temperatura més comuns
, perquè els termoparells són relativament econòmics i precisos, i tenen una amplitud relativament àmplia
rang de mesura.
Sempre que dos contactes de metall diferents, el conjunt de punt de contacte produeix una menor tensió sense càrrega
en funció de la temperatura, que és l'efecte termoelèctric. La diferència de temperatura és
la tensió de Seebeck, fins a 1821 va trobar el fenomen del físic Thomas Seebeck nomenat. Aquesta tensió
no és lineal pel que fa a la temperatura, però es pot aproximar com a lineal per a petits
canvis de temperatura, o:
On ΔV és el canvi de tensió, S és el coeficient de Seebeck, i ΔT és el canvi de temperatura.
Els termoparells estan disponibles en una varietat de tipus i s'especifiquen en lletres més grans d'acord amb
la convenció de l'American National Standards Institute (ANSI). Per exemple, un termoparell de tipus J
Consta d'un conductor de ferro i un conductor d'aliatge de coure-níquel. Altres tipus de termoparells
inclou B, E, K, N, R, S i T.
Com mesurar els termoparells
coneixements de fons
Per a una millor comprensió de com es realitzen les mesures de termoparell, és important entendre
com funcionen els termoparells. La primera part d'aquest document explicarà els principis bàsics de
Els termoparells, la part posterior del termopar explicarà com aconseguir la connexió
entre l'instrument i com es mesura la temperatura.
El voltatge Seebeck de termoparell, si està connectat directament al sistema de mesura, està connectat a
el sistema de mesurament i genera un termoparell addicional. Això no es pot mesurar simplement amb
connectant-lo a un voltímetre o un altre sistema de mesura.
Figura 1. Termoparell tipus J
Com es pot veure a la figura 1, el circuit utilitza el termoparell de tipus J en la temperatura de la vela
mesurament Dues línies de termoparell es connecten a les terminals de coure de l'adquisició de dades
dispositiu. Tingueu en compte que hi ha tres connexions metàl·liques en aquest circuit: J1, J2 i J3. J1 és el
punt de mesurament del termoparell, produint un voltatge de Seebeck proporcional a la temperatura del t
vela A més, cada J2 i J3 tenen el seu propi coeficient Seebeck, i en les dades
el terminal d'adquisició produirà una temperatura proporcional a la tensió de diferència de temperatura
, coneguda com la tensió del costat fred. Per determinar el component de voltatge de J1, ho és
necessari conèixer la temperatura dels contactes de J2 i J3 i conèixer la relació entre la
tensió de contacte i temperatura. D'aquesta manera, es pot obtenir la tensió de la unió J1 mitjançant
restant els components de tensió de connexió paràsits J2 i J3 de la tensió mesurada.
Els termoparells requereixen una referència de temperatura específica per compensar el costat fred de la
S'ha generat un error. El mètode més freqüentment prescrit és utilitzar un sensor de temperatura que pot ser
llegiu directament per obtenir la temperatura de la unió de referència, menys la tensió del paràsit
component. Aquest procés, conegut com a compensació d'unió freda, pot simplificar el càlcul del fred
compensació d'unió amb les característiques d'alguns termoparells.
Mitjançant l'ús de la llei de termoparell de la capa de transició metàl·lica i altres suposicions, podem veure-ho
la mesura del sistema d'adquisició de dades de tensió depèn només del tipus de termoparell,
la tensió en el terminal de mesura i la temperatura de la unió fred. El voltatge mesurat
és independent dels components de voltatge dels cables de mesura i els terminals de fred J2, J3.
Figura 2. Llei de termoparell de capa de transició metàl·lica
Considereu el circuit de la figura 3. Aquest circuit és similar al circuit descrit a la figura 1
anteriorment, excepte que s'insereix una petita porció d'aliatge de coure i níquel abans de la unió J3.
Tots els contactes es troben a la mateixa temperatura. Suposant que les temperatures de connexió J3 i J4 són
el mateix, la llei de termoparell de capa de transició metàl·lica estableix que el circuit de la Figura 3 és
elèctricament el mateix que el circuit de la Figura 1. Per tant, qualsevol dels resultats del circuit de
La figura 3 es pot aplicar al circuit que es mostra a la figura.
Figura 3. Inserció d'un conductor addicional en un ambient isotèrmic
Els contactes de la figura 3, J2 i J4 pertanyen al mateix tipus (aliatge de coure-níquel); perquè els dos són
un entorn isotèrmic, J2 i J4 és la mateixa temperatura. Per la direcció de la
corrent al circuit, J4 produeix una tensió positiva Seebeck, J2 produeix un negatiu de Seebeck
voltatge. Per tant, el contacte compensa la influència de l'altre, mesurant la tensió total
zero. Els contactes J1 i J3 són contactes d'aliatge de ferro-coure-níquel. Però les seves temperatures poden ser
diferents, ja que poden no estar en un ambient isotèrmic. Perquè són diferents
els entorns de temperatura, els contactes J1 i J3 poden produir voltatge Seebeck, però la mida és diferent
. Per compensar la unió fred J3, es mesura la temperatura i s'aplica
la tensió es resta de la mesura del termoparell.
Utilitzant el símbol VJx (Ty) per representar la tensió generada per la unió Jx a la temperatura de Ty,
el problema del termoparell general es simplifica de la següent manera:
V MEAS = V J1 (T TC ) + V J3 ( ref T ) (2)
On, el sistema d'adquisició de dades VMEAS que valoreu el voltatge mesurat, el termoparell de la unió TTC J1
temperatura, Tref va dir el costat de referència de la temperatura.
Tingueu en compte que a la fórmula (2), VJx (Ty) representa la tensió generada en una temperatura de Ty
entorn respecte a certa temperatura de referència. L'ecuación 2 es manté sempre que VJ1 i
VJ3 són funcions de temperatura relacionades amb la mateixa temperatura de referència. Per exemple, un NIST
La taula de referència del termoparell tal com es descriu anteriorment es genera amb l'extrem de referència a 0
graus Celsius.
Com que J3 i J1 són del mateix tipus, però produeixen voltatges relatius, VJ3 (Tref) = -VJ1 (Tref).
A més, perquè VJ1 és la tensió generada per la prova de tipus termoparell, la tensió pot ser
va canviar el nom de VTC. Per tant, el tipus 2 es pot tornar a escriure de la següent manera:
V MEAS = V TC (T TC ) - V TC (T ref ) (3)
Per tant, mesurant VMEAS i Tref coneixen la relació entre la tensió i el termoparell
la temperatura, es pot determinar la temperatura del costat del mesurament del termoparell.
Hi ha dues tecnologies per aconseguir la compensació de la unió en fred - compensació de maquinari i
compensació de programari. Ambdues tècniques requereixen l'ús d'un sensor de lectura directa per obtenir el
temperatura del costat de referència. El sensor de lectura directa té una entrada que només està determinada pel
temperatura del punt de mesura. Els sensors de semiconductors, termistors i RTD són habituals
per mesurar la temperatura del costat de referència de l'instrument.
Mitjançant la compensació de maquinari, es pot inserir una font de voltatge variable al circuit per eliminar
la tensió termoelèctrica parasitària. La font de voltatge variable genera una tensió de compensació
segons la temperatura ambient, que s'afegeix a la tensió de correcció per cancel·lar la
senyal de diferència de temperatura no desitjada. Quan s'eliminen aquestes senyals paràsites, l'únic senyal
mesurat pel sistema d'adquisició de dades, la tensió es mesura des del mesurament del termoparell
. En el cas de la compensació del maquinari, la temperatura del terminal del sistema d'adquisició de dades és
no correlacionada perquè la tensió parasitària de termoparell en el sistema d'adquisició de dades ha estat
cancel·lat. El principal desavantatge de la compensació del maquinari és que cada termoparell ha de tenir un
es pot afegir un circuit de compensació independent per corregir la tensió de compensació, que serà molt gran
augmentar el cost del circuit. En circumstàncies normals, la compensació del maquinari no està activada
la indemnització de precisió i programari.
O podeu optar per utilitzar el programari per a la compensació d'unió en fred. Després d'utilitzar el
sensor de lectura directa per mesurar la temperatura del costat de referència, el programari pot afegir un adequat
valor de voltatge a la tensió mesurada per eliminar la influència de la tensió del costat fred. Recordem
(3) que la tensió mesura VMEAS és igual a (termoparell) que mesura la diferència de tensió
entre el punt de terminació i l'encreuament de fred.
La tensió de sortida del termoparell és altament no lineal. El coeficient de Seebeck varia segons tres
o més factors en el rang de temperatura d'operació d'alguns termoparells. Per tant, heu d'utilitzar
un polinomi per modelar la corba de tensió versus temperatura en un termoparell o utilitzar l'aspecte
mètode de taula.
Connecteu el termoparell a l'instrument
Aquesta secció utilitza el backplane NI cDAQ-9172 i el mòdul de termoparell NI 9211 C-series com a
exemple. Un procediment similar és aplicable per connectar termoparells a diferents instruments
(vegeu la figura 4).
Equip requerit:
DAQ-9172 plaques USB de 8 velocitats d'alta velocitat per a NI CompactDAQ
Mòdul d'entrada de termoparell NI 9211 de quatre canals, 14Sa / s, 24 bits, ø 80 milivolts
Termoparell tipus J
Figura 4. Sistema NI CompactDAQ
El NI 9211 compta amb un connector de terminal de cargol desmuntable de 10 pols que proporciona connexions
fins a quatre canals d'entrada de termoparell. Cada canal té un punt de connexió per al positiu
termoparell, TC +, i una connexió al terminal negatiu, TC-. El NI 9211 també té un ús comú
punt de connexió, COM. Normalment, aquest port està internament connectat al mòdul de referència del mòdul
. La figura 5 mostra les assignacions de cablejat per a cada canal i la figura 6 mostra el diagrama de cablejat.
Figura 5. Tasca del terminal
Figura 6. Diagrama de connexió
Consulteu les vostres mesures: NI LabVIEW
Ara que el termoparell està connectat a l'equip de prova, podeu utilitzar LabVIEW gràficament
programari de programació per transferir les dades a l'ordinador per a la seva visualització i anàlisi.
A la figura 7 es mostra un exemple de visualització de les dades de temperatura mesurada en la programació de LabVIEW
medi ambient.
Afegir: n. 16, carretera 3, zona industrial de Sanjiang, Shengzhou, Zhejiang, Xina
Contacte: Boris Yue
Correu electrònic: boris@benoelectric.com
Contacte: Charles Yu
Correu electrònic: charles@benoelectric.com
Tel: + 86-575-83703068
Mob: +8613456528940
Fax: + 86-575-83539727
Skype: en viu: borisyuecn
Wechat i Whatsapp: +8613456528940
