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2020-12-7 閱讀(1257)
熱電偶原理
熱電偶由在一頭相連的兩根不同金屬線組成，相連端稱為測量（“熱”）接合點(diǎn),。金屬線不相連的另一頭接到信號調(diào)理電路走線,，它一般由銅制成。在熱電偶金屬和銅走線之間的這一個接合點(diǎn)叫做參考（“冷”）接合點(diǎn),。
熱電偶
*我們使用術(shù)語“測量接合點(diǎn)“和“參考接合點(diǎn)”而不是更傳統(tǒng)的“熱接合點(diǎn)”和“冷接合點(diǎn)”,。傳統(tǒng)命名體系可能會令人產(chǎn)生困惑，因?yàn)樵谠S多應(yīng)用中,，測量接合點(diǎn)可能比參考接合點(diǎn)溫度更低,。
在參考接合點(diǎn)處產(chǎn)生的電壓取決于測量接合點(diǎn)和參考接合點(diǎn)兩處的溫度。由于熱電偶是一種差分器件而不是式溫度測量器件,，必須知道參考接合點(diǎn)溫度以獲得的溫度讀數(shù),。這一過程被稱為參考接合點(diǎn)溫度補(bǔ)償（冷接合點(diǎn)補(bǔ)償）。
熱電偶已成為在合理精度內(nèi)高性價比測量寬溫度范圍的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法,。它們應(yīng)用于高達(dá) 約+2500°C的各種場合，如鍋爐,、熱水器,、烤箱和風(fēng)機(jī)引擎等。K型是受歡迎的熱電偶,，包括Chromel?和Alumel?（特點(diǎn)是分別含鉻,、鋁、 鎂和硅的鎳合金），測量范圍是–200°C至+1250°C,。
為什么使用熱電偶,？
優(yōu)點(diǎn)
溫度范圍廣：從低溫到噴氣引擎廢氣，熱電偶適用于大多數(shù)實(shí)際的溫度范圍,。熱電偶測量溫度范圍在–200°C至+2500°C之間, 具體取決于所使用的金屬線,。堅(jiān)固耐用：熱電偶屬于耐用器件，抗沖擊振動性好,，適合于危險惡劣的環(huán)境,。響應(yīng)快：因?yàn)樗鼈凅w積小，熱容量低,，熱電偶對溫度變化響應(yīng)快,，尤其在感應(yīng)接合點(diǎn)裸露時。它們可在數(shù)百毫秒內(nèi)對溫度變化作出響應(yīng),。無自發(fā)熱：由于熱電偶不需要激勵電源,，因此不易自發(fā)熱，其本身是安全的,。
缺點(diǎn)
信號調(diào)理復(fù)雜：將熱電偶電壓轉(zhuǎn)換成可用的溫度讀數(shù)必需進(jìn)行大量的信號調(diào)理,。一直以來，信號調(diào)理耗費(fèi)大量設(shè)計(jì)時間,，處理不當(dāng)就會引入誤差,，導(dǎo)致精度降低。精度低：除了由于金屬特性導(dǎo)致的熱電偶內(nèi)部固有不性外,，熱電偶測量精度只能達(dá)到參考接合點(diǎn)溫度的測量精度,，一般在1°C至2°C內(nèi)。易受腐蝕：因?yàn)闊犭娕加蓛煞N不同的金屬所組成,，在一些工況下,，隨時間而腐蝕可能會降低精度。因此,，它們可能需要保護(hù),；且保養(yǎng)維護(hù)*?？乖胄圆睿寒?dāng)測量毫伏級信號變化時,，雜散電場和磁場產(chǎn)生的噪聲可能會引起問題。絞合的熱電偶線對可能 大幅降低磁場耦合,。使用屏蔽電纜或在金屬導(dǎo)管內(nèi)走線和防護(hù)可降低電場耦合,。測量器件應(yīng)當(dāng)提供硬件或軟件方式的信號過濾，有力抑制工頻頻率（50 Hz/60 Hz）及其諧波,。
熱電偶測量的難點(diǎn)
將熱電偶產(chǎn)生的電壓變換成溫度讀數(shù)并不是件輕松的事情,，原因很多：電壓信號太弱，溫度電壓關(guān)系呈非線性，需要參考接合點(diǎn)補(bǔ)償,，且熱電偶可能引起接地問題,。讓我們逐一分析這些問題。
電壓信號太弱：常見的熱電偶類型有J,、K和T型,。在室溫下，其電壓變化幅度分別為52 μV/°C,、41 μV/°C和41 μV/°C,。其它較少見的類型溫度電壓變化幅度甚至更小。這種微弱的信號在模數(shù)轉(zhuǎn)換前需要較高的增益級,。表1比較了各種熱電偶類型的靈敏度,。
表1. 25°C時各種熱電偶類型的電壓變化和溫度升高關(guān)系
