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炉顶热电偶:组成、工作原理以及低成本运行方式

来源:发表时间:2020-01-15


      加热导体的热电效应,是由德国物理学家托马斯?约翰?塞贝克于1821年发现的。他发现任何具有热梯度的导体都会产生电压,从而导致了使用两条不同的金属线(现在通常称为炉顶热电偶)进行精确的温度测量的发展。

组成

      炉顶热电偶是通过将两条不同的金属线的一端连接在一起而制成的。如果导线的开口端和连接的端部处于不同的温度,则导线之间的开口端之间将存在电位差。如果电线的开放端保持在恒定温度下,则它们之间测得的电压与开放端和连接端之间的温差成正比。通过这种布置,可以测量温度,因为如果将开路端保持在参考温度下,则相对于温差不断重复产生的电压,开口端连接到称为“冷结端子”的端子。

      在早期,零摄氏度是参考温度,但是现代技术使参考温度更易于创建。通过热敏电阻、二极管和其他小型电子设备进行电子温度测量,可以测量冷端接线端的温度。炉顶热电偶在此温度下产生的电压将加到冷端接线端测得的电压上,结果使信号电平与冷端接线端为零摄氏度时的信号电平相同,零摄氏度是炉顶热电偶常用电压图表的冷端参考。

工作原理

      上海自仪三厂炉顶热电偶由铁丝(+白色正极引线)和铜镍(康士坦)合金线(-红色负极引线)制成。它的灵敏度约为50微伏/摄氏度,总温度范围为-210℃至1200℃,但通常限于较窄的范围。由于铁的居里点在770C,因此它的范围在-40C至750C之间。铁会发生分子变化,并永久失去其标准电压输出随温度的变化,铁冷却后无法恢复。请勿在高温、氧化性气氛中使用,期望还原气氛,不建议在低温下使用

低成本运行方式

      炉顶热电偶是成本最低的炉顶热电偶之一,炉顶热电偶的线性度在-210C至1200C的整个范围内变化-70摄氏度。它具有从100C到500C的非常直的截面,偏离了-0.5C左右。较低和较高的范围可能会因线性损失而扩大。基于现代微处理器的信号调节器,通过测量输入电压并使用该值检查存储芯片以查看其代表的温度来消除线性问题。然后,它通过数模转换器创建正确的电压,以使输出线性。

      如果要发送串行数字数据而不是模拟信号,它也执行相同的过程。使用数字信号调节器时,炉顶热电偶的使用受到所需环境和温度范围的限制。典型的数字2线制变送器,具有用于设置的薄膜键盘。需要LCD显示屏,以便可以观察设置过程。仅当在较大温度范围内需要绝对温度测量时,线性才重要。如果过程控制需要一个温度,则给定温度的可重复性很重要,但线性度不是必需的。


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