您好,betway必威官网网站欢迎您!

官方微信|加入收藏|联系大家|

企业微信

betway必威官网

全国咨询服务热线:

021-5672511502156413113

资讯资讯

联系大家

关于热电偶的基本常识以及一些实际问题

来源:发表时间:2019-08-09


      温度是最常测量的实际变量,尽管它的年龄,热电偶仍然是最常用的温度传感器之一。它们用于测试和测量设备,仪器仪表,甚至用于标准家用烤箱,因为它们具有低成本,可靠性,简单性以及测量到数百度的能力。
什么是热电偶?它是如何工作的?
      热电偶是由两端焊接在一起的传感器或两根不同金属的导线组成,如图1所示。在物理学家托马斯?约翰?塞贝克(Thomas Johann Seebeck)于1821年发现它之后,电线配对沿着它的长度产生一个与温度成可重复关系的小电压,这与物理原理称为塞贝克效应有关(他不知道它是什么当时; HansChristian?rsted意识到它实际上是一种热电效应)。根据检测到的温度和使用的金属,电压相对较小,从几毫伏到几十毫伏不等。


      图1:热电偶的概念很简单:两个不同的金属在一个点连接会产生一个与结温直接相关的电压。
      与通常的假设相反,虽然这种误解不会影响热电偶的使用,但结点本身并未产生电压。
为什么使用热电偶来感应温度?
      —尽管有许多其他温度传感器,如固态设备,但经常使用热电偶的原因有很多:
它的成本低;
      —它的准确性和可重复性:基本的热电偶可以提供1或2°C的精度,并且通过小心和校准,可以实现0.1°C的精度;
      —根据所使用的金属配对,热电偶可以发挥数百甚至数千度的作用
      —它们是可靠的:除了开路故障(很容易检测到)外,传感器几乎没有任何问题。热电偶不能脱离校准,因为它的—性能是形成它的两种金属丝的组成的函数,尽管它可能受腐蚀剂或化学品的影响;
      —性能是一致的,因为由高纯度金属制成的热电偶将根据众所周知的温度/电压关系表现;
      —热电偶可以配置和布置,以适应各种具有挑战性的物理环境和外壳。
热电偶有哪些缺点?
      —电线本身可能很昂贵,例如当使用铂或特殊材料时;
      —因为热电偶是由导电金属制成的,所以它必须经常电气但不能与周围环境隔热;
      —热电偶的响应时间常数是其质量的函数,因此更大或更长的热电偶可能具有大约几秒的响应时间,并且微小的热电偶用于克服这个问题;
      —由于热电偶的输出电压很小,接口电路很难设计和实现;
      —热电偶的输出不是线性的,必须在大多数情况下进行校正(在第2部分中更多内容);
      —betway必威官网热电偶的两根导线与常规铜线电缆或连接器之间的互连形成另一种热电偶,需要进行补偿(更多内容见第2部分);
      —根据它们的安装和保护方式,它们的导线可能会受到弯曲,疲劳失效以及最终的开路(同样易于电气检测)。
什么是最常用的热电偶线类型?
      业界采用并描述了许多类型,如图2,例如J型,K型等。每种都在材料配对,性能,绝缘颜色和其他属性方面进行了标准化。用户根据范围,准确度以及可接受或首选的操作环境选择最佳配对。


图2:该表只是标准热电偶,其属性及其识别的许多内容之一
温度,热电偶类型和塞贝克电压之间有什么关系?
      这种关系是单调的,非线性的,是这对中金属的函数,当然,所用金属的纯度也是因素。虽然许多表格是在测温早期开发的,但它们对工业和科学的重要性导致了ASTM(以前称为美国材料测试协会)和商务部国家标准局(NBS) - 现在的国家标准局标准与技术(NIST) - 开发详细,高度准确的标准化表格,显示两个方向的温度 - 电压输入/输出关系。
      对于所有标准类型,他们还进行了复杂的曲线拟合,以开发复杂的非线性方程式,可用于代替表格来计算电压的温度,反之亦然。
除了测量温度外,还可以使用热电偶做任何事情吗?
      当然,是的:它们被用作实际产品中的热电压/电源以及一些实际上不属于这个世界的应用。例如:
      当必须加热水时,许多燃气家用热水器有一个小的指示灯点燃燃烧器。为了安全起见,有一个阀门联锁装置打开,只有在燃烧器启动时才允许气体流动(为了防止未燃烧的气体持续流动,这是一个明显的危险。阀门启动的动力来自阵列燃烧器周围的热电偶,使一些燃烧器火焰加热热电偶,从而产生激活继电器和保持阀门打开所需的电压。这是一种低成本,高可靠性,简单,故障安全的设计;
      一些野营炉具,如Biolite的炉子,在炉子的火焰中使用热电偶为小风扇提供动力,从而改善气流和燃烧; 有些型号甚至使用这种电源来提供USB充电端口。当然,没有“免费午餐”:热电偶为风扇或充电器功能吸取的任何热量都是不能用于烹饪的热量;
      最后,所有超出太阳系内部的航天器都使用基于热电偶的电源,因为太阳光线太弱而太阳能电池板无效。放射性同位素热电发电机(RTG)是放射性物质的罐,通常是钚-238,被数百个热电偶包围。
随着钚经历其天然放射性衰变,热量被热电偶阵列捕获以产生恒定功率,实际最大值高达数百瓦。由于钚-238的半衰期为70年,因此这种“电池”可以存活数十年。这已经由旅行者1号和旅行者2号航天器证明,该航天器于1977年发射并且已经超越了太阳系的边缘并且仍在传输。
      成千上万的这些RTG已被用于深空任务,用于靠近地球的长寿任务,用于月球黑暗面的着陆器,甚至还用于为地球北极和南极附近的科学和信标站供电。
      下篇文章的将先容热电偶接口问题,冷端补偿,线性化技术。

 本文由上海自动化仪表有限企业编辑,转载请注明文章出处,违者必究

[!--temp.pl--]
XML 地图 | Sitemap 地图