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为什么使用热电偶以及热电偶的优缺点

作时间:2016-11-03  来源:  作者:
   

介绍

          热电偶是用于测量温度的简单,广泛使用的元件。本文提供了热电偶的基本概况,介绍了遇到当发言权设计共同的挑战,并提出两种信号调理解决方案。第一个解决方案结合在一个单一的模拟IC为了方便和易于使用的两个参考接合点补偿和信号调理;第二溶液分离信号调节所述参考接合点补偿,以提供数字输出温度感测与更大的灵活性和准确性。

热电偶理论

          热电偶,如图1所示,由不同的金属的两根导线的一端连接在一起,称为测量(“热”)交界处。在另一端,如电线不接合,被连接到信号调节电路迹线,典型地由铜制成。热电偶和铜走线之间的金属结被称为参考(“冷”)接合点。*

图1
图1.热电偶。
          *我们使用术语“测量结”和“参比端”,而不是传统的“热结”和“冷端”。传统的命名系统可能会造成混淆,因为在许多应用中测量结可以比基准结冷。

          在基准结产生的电压在这两种测量结和基准结取决于温度。由于热电偶是一种差分器件而不是绝对温度测量装置,参比端温度必须宣誓已知绝对要获得精确的温度读数。这个过程被称为补偿参比端(冷端补偿)。

          热电偶已成为一个广泛的温度范围内合理准确的成本效益的测量的行业标准方法。它们在各种应用到锅炉,热水器,微波炉,和飞机大约+ 2500℃引擎-仅举几个使用。的最流行的热电偶是K型,由Chromel®和Alumel®的(商标含镍铬合金,和铝,锰和硅,分别),具有-200℃至+ 1250℃。测量范围

为什么使用热电偶

优点
温度范围:最实用的温度范围,从低温到喷气发动机排气,可以使用热电偶服务。根据所使用的金属线,热电偶能够在范围-200℃的测量温度到+ 2500℃。
乐百氏:那热电偶坚固的设备是免疫的冲击和振动,并适合是对在危险环境中使用。
快速反应:因为它们体积小,具有热容量低,热电偶迅速响应温度变化,尤其是F中的传感结暴露。他们可以响应快速变化的温度在几百毫秒。
无自发热:由于热电偶requir无励磁电源,他们不是财产自发热和有本质安全。
 

缺点
复杂的信号调理:大量的信号调理是必要的热电偶电压读数转换成可使用的温度。传统上,信号调理也需要大量投资在我的设计,Degrad准确性引入误差避免。
精度:除了热电偶,由于开发商的冶金性能所固有的不准确性,热电偶测量只测量可以是参考接合点温度准确,传统上在1℃至2℃。
敏感性腐蚀:因为热电偶两种不同金属的consis,在某些环境中的腐蚀随着时间的推移可能恶化的结果精确度。 HENC,它们可能需要保护;和护理和保养是必不可少的。
对噪声敏感:从电场和磁场测量毫伏级信号变化,杂散噪声可能是一个问题。大大扭转热电偶导线可减少对磁场皮卡。使用屏蔽电缆或在金属导管运行线和防护可降低皮卡电场。在测量装置提供不应该信号滤波,无论是在硬件或软件,具有很强的排斥线频率(50赫兹/ 60赫兹)和它的谐波。
 

        因为电压信号很小,信号调理电路一般需要大约100个左右,相当简单的信号调节的联网系统。有什么可以更困难的是区分噪声拿起热电偶导线的实际信号。热电偶引线较长,并通过电噪声通常环境中运行。上引线拿起噪声容易压垮微小的热电偶信号。

        常用的两种方法被组合以提取噪声信号。第一种方法是使用一个差动输入放大器,如仪表放大器,放大信号。由于大部分的噪音出现在两个导线(普通模式),测量差分消除它。第二个是低通滤波,这消除了带外噪声。低通滤波器不应该删除这两个射频干扰(1 MHz以上),这可能在放大器和50赫兹/ 60赫兹(电源)哼原因整改。重要的是要放置提前放大器的射频干扰滤波器(或使用经过滤的输入的放大器)。 50赫兹/ 60-Hz滤波器的位置往往不是关键,它可以与RFI滤波器组合,放置在放大器和ADC之间,合并为一个Σ-ΔADC的一部分,也可以在软件编程或平均滤波器。

        冷端补偿:热电偶的参比端的温度必须发誓知要获得精确的绝对温度读数。是热电偶当第一次使用时,是这样的通过保持基准结在冰浴中进行。图2描述了与在一个未知的温度一端,并在冰浴中的另一端(0℃)的热电偶电路。这种方法用来详尽表征各种热电偶类型,从而将几乎所有的热电偶表都使用0°C作为参考温度。

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