k型热电偶在工业市场中的应用

在各种测量技术中，温度的测量可能是zui常见的一种，在任何应用领域，掌握温度的正确数值，了解温度与实际状态的差异等都具有极其重要的意义。 以测定为例，在力的测定、压力、流量、位置、水平的高低等测定过程中，为了提高测定精度，大多要求压力或力的测定等对温度进行监视，大多使用惠斯登电桥，但是，由于构成电桥的电阻的温度变化引起的误差使由于测定的力引起的电阻值的变化变大 其他参数的测定也存在同样的问题，各种物理量是温度的函数，为了得到测定结果，可以说必须对温度的变化进行校正。 有助于读者根据特定用途选择zui作为适当的温度传感器进行温度测量。 工业上常用的温度传感器有热电偶、热电阻RTD、热敏电阻及集成电路温度传感器4种，各种温度传感器有自己独特的温度测量范围，自己适用的温度环境所在的热电偶的可测量温度范围zui宽，热电阻的测量直线度zui优良，没有热敏电阻的测量精度zui高的温度传感器。 表1与4种传感器各自独特的性能特性相互比较。 表2是四种传感器的典型应用领域。 热电偶--共同的经济热电偶是两根不同的金属线材，它们的一端焊接而构成。 如图1所示，基准端温度(也称为冷补偿端)被置于需要温度测量的目标位置，所述温度测量的目标是铁-铜的连接和康铜-铜的连接端用于消除贡献误差的两种不同的金属的焊接端。 如果两种材料以这种方式结合，则在未焊接的一侧产生电压。 电压的数值是所有耦合端温度的函数，热电偶不需要用电压或电流激励。 在实际应用中，系统引入了电压和电流供应的误差。 由于热电偶的电压发生在两种不同线材的开路端，因此，为了能够通过直接测量两根线材之间的电压来实现与外部的接口，如果热电偶的两端不与其他金属连接，通常为铜，此前的工作很简单。 然而，热电偶需要与另一金属耦合的事实是，实际上建立了一对新的热电偶，向系统引入了较大的误差，这种误差得以消除*的方法是检测参考端温度(参见图1 )，并且这种耦合以硬件或者硬件和软件的方式减去了这种耦合贡献的误差 纯硬件消除技术是线性化校正的主要原因，比软件和硬件结合的技术限制更大。 一般来说，基准端温度的检测通过测温电阻RTD、热敏电阻或集成电路温度传感器来进行。 原则上，热电偶可以由任意两种不同的金属组成，但实际上，热电偶的两种金属的组合是标准化的。 因为标准组合的线性和产生的电压和温度的关系变得更理想。 表3和图2是常用的热电偶e、j、t、k、n、s、BR的特性。 热电偶是高级非线性器件，需要强大的线性化算法。 表3塞贝克系数为某热电偶在规定温度下的平均漂移。 交付热电偶时，其性能由制造商以NIST175规格保证(该规格被ASTM采用)，规格规定了热电偶的温度特性和所使用的原材料的质量。 与热阻RTD、热敏电阻及集成电路硅传感器相比，由于热电偶的非线性极其严重，因此在电路部分必须进行复杂的算法处理，在表4中示出复杂的算法的一例，其是k型热电偶的温度系数，可以在0度至1372度的范围内线性化 t是温度的另一复杂计算方法的应用是通过处理程序制作对照表，这样表4所示的k型热电偶的系数计算对照表是11X14阵列的十进制数，范围是0.000-13.820，除此之外，热电偶与基准温度有一定的函数关系， 可确定温度的数值(参考温度定义为热电偶导线相对于焊接端的远端温度，通常由热阻RTD、热敏电阻或硅集成电路传感器测量)。 与热阻RTD、热敏电阻相比，热电偶的热质量小，因此响应速度快。 由于这种温度传感器的温度检测范围很广，因此在严酷的环境下几乎可以选择*。 热电偶误差分析热电偶比其他温度传感器成本低、结构强度大、体积小，但材料受到的应力如弯曲、拉伸、压缩可以改变热梯度特性，腐蚀介质贯穿绝缘外皮，引起热力学特性的变化，可以在热电偶上加入保护性封装 热电偶的电压在两种不同金属的长度方向上有电压降，这并不意味着长度短的热电偶与长度大的热电偶相比，必定有不同的塞贝克系数。 如果线材的长度短，则温度梯度变陡是理所当然的，但从导电效果来看，线材的长度大的热电偶具有其自身的优点，在这种情况下，温度梯度变小，但是导电损失也变小，但是从长的导线的负效果来看，长的线材热电偶的输出电压变小，后续的信号调整电路的负担增加 除输出信号小外，设备线性差异需要大额校正，通常通过硬件和软件实现，通过硬件实现，温度参考需要作为冷端参考，通过软件实现，通过对照表和多项式计算减少热电偶误差。 zui后，电磁干扰与该双线系统耦合的小线条可用于高温检测，寿命长，但灵敏度成为zui的重要因素，大线条的测量性能良好。 总之，热电偶能够测量的温度范围广，机械强度高，价格低，因此成为温度测量的常选。 实现高精度系统所要求的线性度和精度并不容易。 要求更高精度时，请选择其他温度传感器。 热电阻RTD--热电偶替代设备的热电阻测温元件技术不断改进，温度测量质量不断提高，但实现高质量、高精度的温度测量系统，热电阻设备的选择仍然至关重要。 测温电阻体是电阻性的元件，由铂、镍、铜等金属构成，所选金属必须具有能够预测温度引起的电阻值变化的特性。 其物理性能易加工，电阻温度系数应足够大。 虽然其他温度检测元件，例如热电偶，根据温度而不能使设计者具有相当线性的电阻变化特性，但是热电阻这种线性优良的电阻温度特性大幅度地简化了信号处理电路的设计制作。 图5所示的系热电阻体的温度电阻特性具有铂电阻体在3种金属中可以信赖zui的温度电阻特性。 因此，铂电阻zui适用于zui需要高精度和再现性的情况，对环境的灵敏度极低，而铜电阻容易发生腐蚀，长期稳定性差，与此相对，镍电阻环境容忍度好，但适用温度范围窄。 铂电阻体对温度响应的直线性好，化学惰性，容易加工直径细的线材和厚度小的箔片，铂的电阻率比其他热电阻材料高，电阻值相同时要求使用材料少，对成本的考虑强，适用于热响应的情况。 铂电阻的热响应速度影响测量时间，它还取决于电阻壳体及其本身的尺寸情况，元件本身的尺寸小，壳体的尺寸也小。 一般来说，铂电阻的响应速度比半导体制作的温度传感器快。 由于测温电阻体在摄氏零度的电阻值范围较大，因此铂电阻体的标准电阻为100欧元，但也有50、100、200、5001000or2000的等电阻值。 大致要点:1.温度传感器概要:应用领域，重要性2 .四种主要温度传感器类型的横向比较3 .热电偶传感器4 .测温电阻传感器5 .测温电阻传感器6 .集成电路温度传感器和代表性产品的例子7 .温度传感器的正确选择和应用背景进行