Компенсація холодного спаю для перетворювачів температури
Люди, які багато працюють з термопарами, також можуть не знати точно, як працює холодний спай термопари (еталон). Щоб мати змогу обговорювати холодний спай, нам спочатку потрібно коротко зрозуміти теорію термопар і принцип роботи термопар.
Cold Junction або Reference Junction
Термопара"холодний спай"часто називають"опорний вузол", але, на нашу думку, люди використовують цей термін"холодний спай"частіше .
Звичайні термопари
Термопари є поширеними датчиками температури в промисловості. Деякі переваги термопар роблять їх широким використанням. Їх можна використовувати для вимірювання дуже високих температур, набагато вищих, ніж резистивні датчики температури (RTD). Термопара також є дуже міцним датчиком, тому вона не легко зламається. Хоча термопари не такі точні, як резистивні датчики температури, вони досить точні в багатьох застосуваннях.
Як працюють термопари
Термопара складається з двох дротів, виготовлених з різних електричних провідників, з’єднаних на одному кінці ("гарячий"кінець), який використовується для вимірювання температури. Як виявив Томас Йоганн Зеєбек у 1821 році, коли точки з’єднання цих проводів піддаються різним температурам, генерується тепловий струм, який створює невеликий зазор між проводами на відкритих кінцях. Напруга. Напруга залежить від температури і матеріалу дроту. Цей ефект називається"Ефект Зеєбека".
Спрощена схема термопари
"Матеріали термопари 1 і 2"на наведеному вище малюнку представлені два різні матеріали, що використовуються для термопар."Т1"це гарячий спай термопари, точка, де вимірюється температура. Два"TCJ"є температурою холодного спаю. Через температурний градієнт в дроті термопари, термонапруга завжди генерується між"гарячий"і"холодний"закінчується. Отже, не з’єднання створює напругу, а градієнт температури вздовж дроту створює напругу. Але легше зрозуміти пояснення того, що теплова напруга генерується між гарячими та холодними клемами.
Типи та матеріали термопар
Існує багато типів термопар, виготовлених з різних матеріалів і сплавів. Різні матеріали призводять до різної чутливості, виробляють різну теплову напругу при однаковій температурі та можуть впливати на інші властивості. Було стандартизовано кілька різних типів термопар, і для певних використовуваних матеріалів надано позначення. Ім'я, як правило, дуже коротке, зазвичай лише з однієї літери, наприклад K, R, S, J, K тощо.
Найпоширеніші термопари та їх матеріали
Оскільки різні термопари виготовляються з різних матеріалів, термоелектричні напруги також відрізняються, як показано на малюнку нижче. При однаковій температурі напруга, що генерується між різними типами, сильно відрізняється.
Теплова напруга термопари
Коефіцієнт Зеєбека термопари
Якщо ви хочете виміряти нижчі температури, чутливіші типи, очевидно, кращі, оскільки вони забезпечують вищу напругу та легше вимірювати. Але якщо вам потрібно виміряти високі температури, ви можете вибрати менш чутливі типи, які можна використовувати в сильну спеку. Коефіцієнт Зеєбека показує, наскільки змінюється напруга термопари залежно від температури. Наведений вище графік ілюструє різну чутливість між різними термопарами, а також пояснює, чому калібратори термопар часто мають різні класи точності для різних типів термопар.
холодний кінець
Ми представляємо спрощену схему термопари, яка показує два різнорідні провідники, з’єднані разом, створюючи термонапругу в "гарячий спай"підключення. На цьому етапі головне питання, яке ви задасте, має бути"де інший кінець дроту?"Коли ви вимірюєте напругу від термопари, ви підключаєте дроти від термопари до вольтметра. Матеріал для з’єднання вольтметра – це зазвичай мідь або мідь із позолоченим покриттям, тому це не те ж саме, що матеріал для термопари, тобто ви створюєте дві нові термопари в з’єднанні вольтметра!
На схемі вище Матеріал 1 і Матеріал 2 є двома матеріалами термопари, які утворюють термопару. The"гарячий кінець"це точка, де вони спаяні разом, це точка, де вимірюється температура процесу, і точка, де генерується напруга U1. Цей U1 – це те, що ми хочемо виміряти. Біля"холодний спай"точці, термопара підключена до вольтметра, з’єднання якого зроблено з іншого матеріалу (матеріал 3). Поки ці різні матеріали знаходяться при однаковій температурі навколишнього середовища, додаткові напруги U2, U3, які вони створюють, не впливають на загальну теплову напругу. Теплова напруга в таблиці індексів – це напруга, створена тепловим градієнтом від гарячого кінця до холодного, коли холодний кінець має температуру 0°C. Однак у практичних застосуваннях температура навколишнього середовища передавача температури та холодного спаю термопари в більшості випадків не становить 0°C. Тому при розрахунку температури гарячого спаю за допомогою індексної таблиці слід усунути вплив температури холодного спаю, що також називається компенсацією холодного спаю.
Метод компенсації холодного спаю
1. Метод ванни за температурою замерзання
За своєю природою з’єднання термопари не створюють теплової напруги при 0°C (32°F). Таким чином, ви можете з’єднати холодні спаї при такій температурі, наприклад, у ванні з точкою замерзання або в печі для точного калібрування температури. Підключіть дроти термопари до мідних проводів у ванні з точкою замерзання без генерації теплової напруги під час з’єднання. Тоді вам не доведеться турбуватися про холодний кінець. З’єднання повинні бути електрично ізольовані від води в крижаній ванні, щоб уникнути будь-яких струмів витоку, які можуть спричинити помилки або можливу корозію. Це дуже точний метод, який зазвичай виконується калібрувальними лабораторіями. На фабриках це не дуже практично, тому зазвичай не використовується на фабриках.
2. Холодний спай при фіксованій температурі
Оскільки крижані раковини виявилися непрактичними, ви також можете виконати холодний спай за відомої фіксованої температури. Можна використовувати невелику розподільну коробку, яка має пристрій контролю температури, щоб постійно підтримувати певну температуру в розподільній коробці. Як правило, температура вища за навколишнє, тому коробку потрібно лише нагрівати, а не охолоджувати.
Коли ви знаєте температуру холодного спаю та тип термопари, ви можете розрахувати та компенсувати теплову напругу холодного спаю. Багато вимірювальних приладів або калібраторів температури мають можливість вводити температуру холодного спаю, і прилад виконає всі розрахунки та компенсації за вас.
3. Автоматична компенсація для вимірювання температури холодного спаю
Залиште вимірювальне обладнання для автоматичного розрахунку. Вимірювальний пристрій (передавач, вхідна плата DCS) може виміряти температуру холодного спаю в будь-який час і автоматично компенсувати похибку холодного спаю онлайн. Оскільки вимірювальному приладу також відомий тип термопари, компенсація може виконуватися автоматично та постійно.
Це обов’язково найпростіший і найпрактичніший спосіб компенсації холодних спаїв під час звичайних вимірювань і калібрувань, оскільки вам не потрібно турбуватися про холодний спай, але дозвольте обладнанню впоратися з цим.
Компенсація холодного спаю для NCS-TT106
Продукти модульних передавачів температури Microcyber Corporation включають три угоди HART, PROFIBUS PA, FF H1.
Підтримка всіх методів компенсації холодного спаю, згаданих вище, і є два методи автоматичної компенсації для вимірювання температури холодного спаю. Ви можете використовувати вбудований температурний датчик поблизу роз’єму NCS-TT106 або вибрати зовнішній платиновий резистивний температурний датчик. Точність вимірювання температури вбудованим температурним датчиком становить ±0,5 ℃, а коли підключено зовнішній платиновий резистивний температурний датчик PT100, точність вимірювання температури становить ±0,15 ℃.
