Wie man Thermoelemente misst
Temperatur- und Thermoelement-Übersicht
Temperatur ist die durchschnittliche kinetische Energie der Partikel in der Objektprobenmessung,
Standardeinheit ist "Grad". Die Temperaturen können auf unterschiedliche Weise gemessen werden, und die Kosten und
Genauigkeit der Messungen variieren kann. Thermoelemente sind einer der gebräuchlichsten Temperatursensoren
, da Thermoelemente relativ kostengünstig und genau sind und eine relativ breite
Messbereich.
Immer wenn zwei verschiedene Metallkontakte, erzeugt die Kontaktpunktbaugruppe eine geringere
als Funktion der Temperatur, die der thermoelektrische Effekt ist. Der Temperaturunterschied ist
die Seebeck-Spannung, bis 1821 fand das Phänomen des Physikers Thomas Seebeck benannt. Diese Spannung
temperaturunlinear ist, kann aber für kleine
Temperaturänderungen oder:
Wobei die Spannungsänderung bei V, bei S der Seebeck-Koeffizient und bei der Temperaturänderung der Wert "T" ist.
Thermoelemente sind in einer Vielzahl von Typen erhältlich und werden in größeren Buchstaben nach
der American National Standards Institute (ANSI) Konvention. Beispielsweise ist ein Thermoelement vom Typ J
besteht aus einem Eisenleiter und einem Kupfer-Nickel-Legierungsleiter. Andere Arten von Thermoelementen
b, E, K, N, R, S und T.
Wie man Thermoelemente misst
Hintergrundwissen
Für ein besseres Verständnis der Art und Weise, wie Thermoelementmessungen durchgeführt werden, ist es wichtig,
wie Thermoelemente funktionieren. Im ersten Teil dieses Dokuments werden die Grundprinzipien der
Thermoelemente wird der spätere Teil des Thermoelements erklären, wie die Verbindung erreicht wird
zwischen dem Gerät und wie die Temperaturmessung.
Das Thermoelement Seebeck-Spannung ist, wenn es direkt an das Messsystem angeschlossen ist, an
und erzeugt ein zusätzliches Thermoelement. Dies lässt sich nicht einfach an
Anschluss an ein Voltmeter oder ein anderes Messsystem.
Abbildung 1. J-Thermoelement
Wie in Abbildung 1 dargestellt, wird der Schaltkreis mit dem Thermoelement j auf der Kerzentemperatur
Messung. Zwei Thermoelementleitungen sind an die Kupferklemmen der Datenerfassung angeschlossen
Gerät. Beachten Sie, dass es drei Metallverbindungen in dieser Schaltung gibt - J1, J2 und J3. J1 ist die
Thermoelement-Messpunkt, wodurch eine Seebeck-Spannung proportional zur Temperatur von ter
Kerze. Darüber hinaus haben J2 und J3 jeweils einen eigenen Seebeck-Koeffizienten, und in den
Erfassungsklemme erzeugt eine Temperatur, die proportional zur Temperaturdifferenzspannung
, bekannt als Kaltseitenspannung. Um die Spannungskomponente von J1 zu bestimmen,
die Temperatur der J2- und J3-Kontakte kennen und die Beziehung zwischen den
Kontaktspannung und temperatur. So kann die Spannung des J1-Knotens durch
die parasitären Spannungskomponenten J2 und J3 von der gemessenen Spannung subtrahieren.
Thermoelemente benötigen eine spezifische Temperaturreferenz, um die Kälteseite des
Fehler generiert. Die am häufigsten vorgeschriebene Methode ist die Verwendung eines Temperatursensors, der
direkt gelesen, um die Referenzanschlusstemperatur abzüglich der parasitären Klemmenspannung zu erhalten
Komponente. Dieser Prozess, der als Kaltknotenkompensation bezeichnet wird, kann die Berechnung von
Knotenkompensation unter Verwendung der Eigenschaften einiger Thermoelemente.
Anhand des Thermoelementgesetzes der Metallübergangsschicht und anderer Annahmen können wir
die Messung des Spannungsdatenerfassungssystems hängt nur von der Art des Thermoelements ab,
die Spannung an der Messklemme und die Kaltanschlusstemperatur. Die gemessene Spannung
ist unabhängig von den Spannungskomponenten der Messleitungen und der Kaltklemmen J2, J3.
Abbildung 2. Metallische Übergangsschicht Thermoelementgesetz
Betrachten Sie die Schaltung in Abbildung 3. Diese Schaltung ähnelt der in Abbildung 1 beschriebenen Schaltung
oben, mit der Ausnahme, dass ein kurzes Stück Kupfer-Nickel-Legierung Draht vor der J3-Kreuzung eingesetzt wird.
Alle Kontakte sind bei gleicher Temperatur. Unter der Annahme, dass die J3- und J4-Kreuzungstemperaturen
das gleiche, das MetallÜbergangsschicht Thermoelement Gesetz besagt, dass der Schaltkreis in Abbildung 3
elektrisch das gleiche wie der Schaltkreis in Abbildung 1. Daher ist jedes Ergebnis der Schaltung
Abb. 3 kann auf die in Abb.
Abbildung 3. Einsetzen eines zusätzlichen Leiters in einer isothermen Umgebung
Abbildung 3, J2- und J4-Kontakte gehören zum gleichen Typ (Kupfer-Nickel-Legierung); weil die beiden in
eine isotherme Umgebung, J2 und J4 ist die gleiche Temperatur. Aufgrund der Richtung der
Strom in der Schaltung erzeugt J4 eine Seebeck-Positivspannung, J2 ein Seebeck-Negativ
Spannung. Daher versetzt der Kontakt den Einfluss des jeweils anderen, die Messung der Gesamtspannung
Null. J1- und J3-Kontakte sind Eisen-Kupfer-Nickel-Legierungskontakte. Aber ihre Temperaturen können
unterschiedlich, da sie sich möglicherweise nicht in einer isothermen Umgebung befinden. Weil sie in unterschiedlichen
Temperaturumgebungen können J1- und J3-Kontakte Seebeck-Spannung erzeugen, aber die Größe ist unterschiedlich
. Um den Kaltknoten J3 auszugleichen, wird die Temperatur gemessen und die
Spannung wird von der Thermoelementmessung abgezogen.
Mit dem VJx (Ty) Symbol, um die von der Jx-Kreuzung erzeugte Spannung bei Ty-Temperatur darzustellen,
das allgemeine Thermoelementproblem wird wie folgt vereinfacht:
VMeas= VJ1(TTc) + VJ3(TRef) (2)
Wo, VMEAS-Datenerfassungssystem, dass die gemessene Spannung Wert, TTC J1 Anschluss Thermoelement
Temperatur, Tref sagte Referenzseite der Temperatur.
Beachten Sie, dass in der Formel (2) VJx (Ty) die in einer Ty-Temperatur erzeugte Spannung
Umgebung in Bezug auf eine bestimmte Referenztemperatur. Gleichung 2 gilt so lange wie VJ1 und
VJ3 sind Temperaturfunktionen, die sich auf die gleiche Referenztemperatur beziehen. Ein NIST
Thermoelement-Referenztabelle wie oben beschrieben wird mit dem Referenzende bei 0
Grad Celsius.
Da J3 und J1 vom gleichen Typ sind, aber relative Spannungen erzeugen, VJ3 (Tref) = -VJ1 (Tref).
Da VJ1 die vom Thermoelement-Typtest erzeugte Spannung ist, kann die Spannung
in VTC umbenannt. Daher kann 2-Typ wie folgt umgeschrieben werden:
VMeas= VTc(TTc) - VTc(TRef) (3)
Durch die Messung von VMEAS und Tref kennen Sie daher die Beziehung zwischen Thermoelementspannung und
Temperatur können Sie die Temperatur der Thermoelement-Messseite bestimmen.
Es gibt zwei Technologien, um eine Kaltanschlusskompensation zu erreichen - Hardwarekompensation und
Softwarekompensation. Beide Techniken erfordern die Verwendung eines Direktlesesensors, um die
Referenzseitentemperatur. Der Direktlesesensor verfügt über einen Eingang, der nur durch die
Temperatur des Messpunktes. Halbleitersensoren, Thermistoren und RTDs werden häufig
, um die Temperatur der Referenzseite des Geräts zu messen.
Mit Hilfe der Hardwarekompensation kann eine variable Spannungsquelle in den Schaltkreis
parasitäre thermoelektrische Spannung. Die variable Spannungsquelle erzeugt eine Kompensationsspannung
entsprechend der Umgebungstemperatur, die der Korrekturspannung hinzugefügt wird, um die
unerwünschtes Temperaturdifferenzsignal. Wenn diese parasitären Signale entfernt werden, wird das einzige Signal
gemessen durch das Datenerfassungssystem ist die von der Thermoelementmessung gemessene Spannung
. Bei der Hardwarekompensation wird die Temperatur des Datenerfassungssystems
nicht korreliert, da die parasitäre Thermoelementspannung im Datenerfassungssystem
Abgebrochen. Der Hauptnachteil der Hardwarekompensation besteht darin, dass jedes Thermoelement über eine
separateKompensationsschaltung hinzugefügt werden kann, um die Kompensationsspannung zu korrigieren, die
die Kosten für die Schaltung zu erhöhen. Unter normalen Umständen ist die Hardwarekompensation nicht
Genauigkeit und Softwarekompensation.
Oder Sie können die Software für die Kaltkreuzungskompensation verwenden. Nach der Verwendung der
Direktlesesensor zur Messung der Referenztemperatur kann die Software eine geeignete
Spannungswert auf die gemessene Spannung, um den Einfluss der Kaltseitenspannung zu eliminieren. Erinnern
(3) dass die gemessene Spannung VMEAS gleich (Thermoelement) ist, um die Spannungsdifferenz zu messen
zwischen dem Endpunkt und dem kalten Knoten.
Die Thermoelementausgangsspannung ist hochgradig nichtlinear. Der Seebeck-Koeffizient variiert je nach drei
oder mehr Faktoren im Betriebstemperaturbereich einiger Thermoelemente. Daher müssen Sie
ein Polynom, um die Spannungs- oder Temperaturkurve in einem Thermoelement zu modellieren oder die
Tabellenmethode.
Verbinden Sie das Thermoelement mit dem Gerät
In diesem Abschnitt werden die Rückwandleuchte NI cDAQ-9172 und das Thermoelementmodul der C-Serie NI 9211
Beispiel. Ein ähnliches Verfahren gilt für den Anschluss von Thermoelementen an verschiedene
(siehe Abbildung 4).
Erforderliche Ausrüstung:
DAQ-9172 8-Steckplatz-Hochgeschwindigkeits-USB-Backplane für NI CompactDAQ
NI 9211 Vierkanal, 14Sa / s, 24-Bit, ∓ 80 Millivolt Thermoelement-Eingangsmodul
Thermoelement vom Typ J
Abbildung 4. NI CompactDAQ-System
Das NI 9211 verfügt über einen 10-poligen, abnehmbaren Schraubklemmenstecker, der
bis zu vier Thermoelement-Eingangskanäle. Jeder Kanal verfügt über einen Verbindungspunkt für die
Thermoelement, TC +, und eine Verbindung zum negativen Terminal, TC-. Das NI 9211 hat auch eine gemeinsame
Verdrahtungspunkt, COM. Normalerweise ist dieser Port intern mit dem Referenzboden des Moduls verbunden
. Abbildung 5 zeigt die Verdrahtungszuweisungen für jeden Kanal, und Abbildung 6 zeigt das Verdrahtungsdiagramm.
Abbildung 5. Terminalzuweisung
Abbildung 6. Verbindungsdiagramm
Sehen Sie sich Ihre Messungen an: NI LabVIEW
Da das Thermoelement an das Prüfgerät angeschlossen ist, können Sie LabVIEW
Programmiersoftware, um die Daten zur Visualisierung und Analyse an den Computer zu übertragen.
Abbildung 7 zeigt ein Beispiel für die Anzeige der gemessenen Temperaturdaten in der LabVIEW-Programmierung
Umgebung.
Hinzufügen: No. 16, Road 3, Sanjiang Industry Zone, Shengzhou, Zhejiang, China
Kontakt:Eric Xie
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