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在正常测量和校准中补偿冷端的最简单和最实用的方法

来源:作者:上海自动化仪表三厂发表时间:2018-09-11

    冷结:

    现在,让我们开始潜入“冷界”......


    上一篇文章中,上海自动化仪表三厂展示了简化热电偶原理的图片,显示热电压是在“热”端连接中产生的,其中两个不同的导体连接在一起。你应该在这里问的一个大问题是:但是电线的另一端呢?


    真是个好问题!我很高兴你问。


    当您测量热电偶的电压时,您可以将热电偶线连接到万用表,对吧?不是真的!万用表连接材料通常为铜或镀金,因此它与热电偶材料的材料不同,这意味着您在万用表连接中创建了两个新的热电偶!


    让我们用图片来说明:

图:热电偶冷(参考)结点补偿


    在上图中,材料1和材料2是形成热电偶的两种热电偶材料。“热端”是它们焊接在一起的点,也就是测量过程温度的点,这是产生电压U1的地方。这个U1是我们想要衡量的。在“冷端”点,热电偶连接到电压表,该电压表具有由不同材料,材料3制成的连接。在这些连接中,产生热电压U2和U3。我们不想测量这些U2和U3电压,因此我们想要摆脱这些或补偿它们。


    正如我们在上图中所看到的,实际上是测量串联连接的三(3)个热电偶的电压。您显然只想测量“热”结的电压/温度而不测量其他两个结。


    所以,你可以做什么?


    您需要以某种方式消除或补偿冷端中产生的热电偶。有不同的方法可以做到这一点。让我们看看下一个。


    冷端选项和补偿方法

    1.冰浴中的冷结

    就其性质而言,热电偶结在温度为0°C(32°F)时不会产生任何热电压。因此,您可以在该温度下制作冷端,例如在冰浴或精确的温度块中。您可以将热电偶线连接到冰浴中的铜线中,并且在该连接中不会产生热电压。那么你根本不需要担心冷端。

    连接需要与冰浴中的水电隔离,以避免任何泄漏电流导致错误或产生可能的腐蚀。


    这是一种非常准确的方法,它是校准实验室通常所做的事情。无论如何在加工厂地板上都不是很实用,因此它通常不用于加工厂。

    例:N型热电偶如图所示连接。电压表显示20808μV。测得的温度是多少?


    E = E N(t U1) - E N(t r)

    E =测量电压=20808μV

    E N(t U1)=热结中产生的电压

    E N(t r)=冷(基准)结中产生的电压=0μV(IEC 60584 N型,0°C)

    E N(t U1)= E + E N(t r)=20808μV+0μV=20808μV= 605°C(IEC 60584 N型,20808μV)

    因此,温度为605°C。


    2.冷端在已知的固定温度下

    由于发现冰浴不切实际,您还可以在其他已知的固定温度下进行冷端连接。您可以使用一个带有温度控制的小型连接盒,使盒子始终保持在一定温度。通常,温度高于环境温度,因此箱子只需要加热,而不需要冷却。


    当您知道冷端的温度,并且您也知道热电偶的类型时,您可以计算并补偿冷端热电压。


    许多测量设备或温度校准器都具有可以输入冷端温度的功能,设备将为您完成所有计算并进行补偿。


    例:N型热电偶如图所示连接。电压表显示19880μV。冷(参比)结的温度为35°C。测得的温度是多少?


    E = E N(t U1) - E N(t r)

    E =测量电压=19880μV

    E N(t U1)=热端产生的电压

    E N(t r)=参考(或冷)结中产生的电压=928μV(IEC 60584 N型,35°C)

    E N(t U1)= E + E N(t r)=19880μV+928μV=20808μV= 605°C(IEC 60584 N型,20808μV)

    因此,测得的温度为605°C。


    请注意,热电偶计算必须始终保持电压。常见的错误是查找测量电压的表值并添加冷端温度。在这种情况下,根据IEC 60584标准测得的19880μV的相应温度为581.2°C。使用温度值计算将得到581.2°C + 35°C = 616.2°C。误差为+ 11.2°C。


    3.测量冷端的温度

    如果不像前面的例子那样调整冷端温度,无论如何都可以用温度探头测量冷端的温度。然后,您可以补偿冷端效应,但由于您需要始终测量冷端温度并且了解热电偶类型,因此需要进行计算以了解冷端的影响,因此补偿更加困难。


    幸运的是,许多温度校准器提供了使用温度探头测量冷端温度的功能,并且设备自动进行所有补偿和计算。



    4.测量设备中的自动在线补偿

    我提到前面的例子很难,因为你需要一直计算补偿,但你可以把它留给测量设备自动完成。测量设备(发射器,DCS输入卡或温度校准器)可以一直测量冷端的温度,并自动执行冷端误差的在线补偿。由于测量设备也知道热电偶类型(您在菜单中选择),它可以自动连续地进行补偿。


    这通常是在正常测量和校准中补偿冷端的最简单和最实用的方法,因为您不需要担心冷端并留下设备来处理。您只需将热电偶线插入设备即可。

 


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