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热电偶在电磁环境中的温度测量应用解析

来源:作者:上海自动化仪表三厂发表时间:2018-04-16

    测量和记录温度的最简单方法之一是使用热电偶。热电偶在大多数环境中可靠运行,可承受极端温度,振动甚至电离辐射。但是,它们容易受到电磁场的影响,所以在这些地方应谨慎使用,或根本不使用。


    我们上海自动化仪表三厂的产品说明书讨论了在电磁环境中使用热电偶的问题,并提出了其他类型温度仪表的建议。个别部分地址:

    热电偶理论与应用

    电磁脆弱性

    感应电压

    感应加热

    共模电压问题

    替代温度测量设备

    热电偶原理和应用带连接器的热电偶探头

    带连接器的热电偶探头

    热电偶利用了由Thomas Johann Seebeck于1821年发现的塞贝克效应。这种现象是当电流在两个结点处于不同温度时,电流在由不同金属制成的电路中流动。


    热电偶中使用的金属必须具有热电特性。这是电子能够通过材料扩散的时间。在较高的温度下,电子获得动能,变得更具流动性并增加它们移动的程度,从而产生电势的变化。许多镍基合金具有这样的特性,并用于大多数常见的热电偶导线。例如,K型热电偶使用Chromel和Alumel的连接点,两者都包含相当大比例的镍。用于热电偶的其他材料组合基于铂 - 铑和钨 - 铼,它们也具有热电性质。


    产生的电流和电压与两个结点之间的温度差成比例,尽管关系不完全线性。实际电压非常小。在K型热电偶(由于其宽温度范围和低成本而广泛使用)中,每摄氏度变化为41 mV。其他热电偶类型产生类似幅度的变化。因此,必须放大热电偶信号以用于测量系统。由于外部原因,信号中的任何额外电压不可避免地会同时被放大。


    电磁脆弱性在需要温度测量的许多情况下,高电压是常见的,并且电磁场是不可避免的。整个行业都使用感应加热,并且必须测量温度以确保一致的过程。电力线路传输高电压。变形金刚看到高负荷,可能变得非常热。即使在内燃机(不仅是汽车发动机,而是大型发电机组)中使用火花塞,也会产生瞬态电磁信号。


    电磁场以两种方式影响热电偶读数,它们可能:

    感应热电偶线中的电压

    导致热电偶感应加热

    此外,相对于接地的共模电压将为热电偶信号增加电压。这些问题可能发生在直流环境中,但在交流环境下会更严重。感应电压法拉第定律描述了将电导体移动通过磁场导致产生电势的现象。同样的效果可以在热电偶导线中产生电压,特别是如果导线垂直于变化的场进行对准。考虑到塞贝克效应会产生非常小的电压,即使是小场也会改变温度读数。感应加热使导体受到交变电磁场的作用会产生漩涡,导致加热。因此,在镍是导电的情况下,可能在大型电动机或发电机周围发现的交变磁场将加热温度测量装置本身。这将导致一个信号,不准确地描绘被测量的温度。共模电压问题当热电偶与电气设备并用或作为电气设备的一部分使用时,通常连接到该电源。一旦通电,接地和设备接地之间的差异可能会影响热电偶信号电压。在这种情况下,解决方案是提供温度测量系统的电流隔离,或者查看其他温度测量方法。


    替代温度测量设备红外温度传感器/变送器

    红外温度传感器/变送器

    两种探索技术是Pt100型电阻温度装置(RTD)和红外(IR)发射检测。


    RTD(测量原理是铂丝长度的电阻变化)以其高精度而闻名,并且具有良好的电磁场免疫性。但是,它们往往很脆弱,并不总是适合工业环境。


    红外发射的测量具有非接触式的优点,并且可以在几英尺或更多的距离处执行,这取决于发射器的尺寸。它利用普朗克定律描述了一个人体如何辐射与其温度成比例的能量。要解决的一个挑战是在相同温度下的不同表面将以不同速率辐射。描述为发射率的差异时,应在使用任何类型的红外探测器测量温度时考虑这一点。


    上海自动化仪表三厂提供多种适用于各种工业场合的红外温度传感器/变送器。该温度变送器采用符合NEMA 4标准的直径为1“的不锈钢外壳,可用于最远48英寸的距离(注意:测量目标应填满传感器的视场,否则测量温度不会准确)。


    我们厂的温度变送器有三种温度范围,覆盖温度高达538°C(1000°F)。激光瞄准附件可在安装时安装在前方,以确保与目标精确对准。订购时必须指定输出类型:从电压,电流或K型热电偶输出中选择。工具存在报警设定点,发射率可调。


    直径为3/4英寸的OS136是一款更小巧的红外线传感器/发射器,性能与变送器相似,但视角更宽(可能需要更近距离放置),与OS137A不同,发射率固定为0.95,因此必须进行校正针对不同的目标制定。


    外形热电偶以摄氏度每微伏的温度测量温度。这些信号需要放大才能有用,这使得它们在电磁环境中使用时易受测量误差的影响。感应加热可以提高热电偶的温度,并且接地问题可以增加测量的电压。


    虽然可以使用各种滤波器和各种屏蔽方法,但另一种方法是切换测量技术。尽管RTD对于工业环境来说通常太脆弱,但RTD和IR发射检测对电磁场具有良好的耐受性。红外传感器/变送器通过一系列输出选项提供非接触式测量,并提供坚固的保护外壳。


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