Thermocouple
V elektronice, thermocouples jsou široce použitý druh teploty senzor. Oni jsou levní, zaměnitelný, mít standardní konektory a moci změřit široký rozsah teplot. Hlavní limitace je správnost, chyby systému méně než 1 ° C moci jít těžko dosáhnout.
Jak oni pracují
V 1822, estonský lékař pojmenovaný Thomas Seebeck zjistil (náhodně) že křižovatka mezi dvěma kovy indukuje napětí který je funkce teploty. Thermocouples se spoléhá na tento objev, takzvaný Seebeck účinek. Ačkoli téměř nějaké dva druhy kovu mohou být používány dělat thermocouple, množství standardu typy jsou používány, protože oni posednou předvídatelná výstupní koncová napětí a velké teplotní spády. Diagram dole se ukáže K-typ thermocouple, který je nejpopulárnější:
Standardní stoly ukazují napětí produkované thermocouples při nějaké dané teplotě, tak například v nad diagramem, K psát thermocouple u 300 ° C bude produkovat 12.2mV. Bohužel to není možné jednoduše spojit voltmeter k thermocouple změřit toto napětí, protože spojení voltmeter vedení bude dělat sekundu, undesired křižovatka thermocouple. To dělá přesná měření, toto musí být kompenzováno použitím techniky známým jako náhrada studeného konce (CJC). V případě vy se zajímáte proč spojovat voltmeter s thermocouple nedělá několik dalších thermocouple křižovatek (přivádí spojování k thermocouple, vede k metru, uvnitř etc metra), právo přechodných kovů řekne to třetí kov, vložený mezi dvěma nepodobnými kovy thermocouple křižovatka bude mít žádný účinek stanovil, že dvě křižovatky jsou při stejné teplotě. Toto právo je také důležité v konstrukci křižovatek thermocouple. To je přijatelné dělat křižovatku thermocouple tím, že letuje dva kovy spolu jak pájedlo neovlivní četbu. V praxi, nicméně, thermocouples křižovatky jsou vyrobeny svařováním dvou kovů spolu (obvykle kapacitním propuštěním) jak toto zajistí, že výkon není omezený bodem tání pájedla.
Všechny standardní thermocouple stoly počítají s touto druhou thermocouple křižovatkou tím, že předpokládá, že to je pobízeno přesně vynulovat míry centigrade. Tradičně toto bylo děláno se opatrně postavenou ledovou vanou (od této doby termín ' chladný ' náhrada křižovatky). Udržovat led vana není praktická zkouška pro většinu aplikací měření, tak místo toho faktická teplota u bodu spojení thermocouple drátů k měřícímu přístroji je zaznamenána.
Typicky teplota studeného spoje je cítěna thermistor přesnosti v dobrém teplotním kontaktu s konektory vstupu měřícího přístroje. Tato druhá teplotní četba, spolu s četbou od thermocouple sám je používán měřícím přístrojem spočítat opravdovou teplotu u špičky thermocouple. Pro méně kritické aplikace, CJC je vykonáván polovodičovým tepelným čidlem. Tím, že kombinuje signál od tohoto polovodiče se signálem od thermocouple, správná četba může být získána bez potřeby nebo vydání zaznamenat dvě teploty. Chápání náhrady studeného spoje je důležité; nějaká chyba v měření teploty studeného konce bude vést ke stejné chybě v měřené teplotě od špičky thermocouple.
Linearisation
Stejně jako prodávání s CJC, měřící přístroj musí také počítat se skutečností, že thermocouple výstup je non lineární. Vztah mezi teplotou a výstupním koncovým napětím je komplexní polynomial rovnice (5th na 9. zakázku se spoléhat na typ thermocouple). Analogové metody linearisation jsou použity v nízkých nákladech metry themocouple. Vysoce nástroje správnosti takový jako Pico TC-08 obchod thermocouple stoly v paměti počítače odstranit tento zdroj chyby.
Thermocouples
Thermocouples je dostupný jeden jako holý drát ' korálek ' thermocouples, které nabídnou nízké náklady a rychlé doby odezvy, nebo vyrůstal do sond. Široká paleta sond být dostupný, vhodný pro různé měřící aplikace (průmyslový, vědecký, teplota jídla, etc lékařského výzkumu). Jediné slovo upozornění: když vybere sondy vyžadovat péči zajistit, že oni mají správný druh konektoru. Dva obyčejné druhy konektoru jsou ' standard ' s kulatými piny a ' miniatura ' s plochými piny, toto způsobí nějaký zmatek jak ' miniatura ' konektory jsou populárnější než ' standard ' píše.
Když si vybere thermocouple uvažování by mělo být náchylné k oběma thermocouple typ, izolaci a stavbu sondy. Všichni tito budou mít účinek na měřitelný rozsah teplot, správnost a spolehlivost četeb. Zaznamenaný dole je náš (poněkud subjektivní) průvodce po thermocouple typech.
Psát K (Chromel / Alumel)
Psát K je ' obecný účel ' thermocouple. To je nízká cena a, dlužit k jeho popularitě, to je dostupné v široké paletě sond. Thermocouples je dostupný v - 200 ° C k + 1200 ° C rozsah. Citlivost je 41uV approx / ° C. používat typ K ledaže vy máte dobrý důvod ne k.
Psát E (Chromel / Constantan)
Psát E má vysoký výkon (68uV / ° C) který dělá to dobře vhodný k nízké teplotě (cryogenic) použití. Další vlastnost je že to je nemagnetické.
Psát J (žehlit / Constantan)
Omezené rozmezí (- 40 k + 750 ° C) dělá typ J méně populární než typ K. hlavní aplikace je se starým vybavením, které nemůže přijmout to ' moderní ' thermocouples. J typy by neměly být používány nahoře 760 ° C jak neočekávaná magnetická transformace způsobí trvalé decalibration.
Psát N (Nicrosil / Nisil)
Vysoká stabilita a odpor vůči oxidaci vysoké horečky dělá typ N vhodný k vysokým měřením teploty bez ceny platiny (B, R, S) píše. Navržený být ' zlepšený ' psát K, to stane se více populární.
Thermocouple píše B, R a S jsou všichni ' ušlechtilý ' kov thermocouples a projevit podobné vlastnosti. Oni jsou nejvíce stáj všech thermocouples, ale náležitý k jejich nízké citlivosti (approx 10uV/0C) oni jsou obvykle jen užití na vysoké měření teploty (> 300 ° C).
Psát B (platina / Rhodium)
Vhodný pro vysoká měření teploty až 1800 ° C. neobvykle psát B thermocouples (náležitý ke tvaru jejich teploty / křivky napětí) dávat stejný výstup u 0 ° C a 42 ° C. toto dělá je neužitečný dole 50 ° C.
Psát R (platina / Rhodium)
Vhodný pro vysoká měření teploty až 1600 ° citlivost C. Lowa (10uV / ° C) a vysoké náklady dělají je nevhodný pro obecné účelové použití.
Psát S (platina / Rhodium)
Vhodný pro vysoká měření teploty až 1600 ° citlivost C. Lowa (10uV/vC) a vysoké náklady dělají je nevhodný pro obecné účelové použití. Náležitý k jeho vysokému stabilnímu typu S je používán jako standard kalibrace pro bod tání zlata (1064.43 ° C).
Když vybere thermocouple druhy, zajistit, že vaše měřící vybavení nelimituje rozsah teplot, které mohou být změřeny. Zaznamenaný dole je rozsah teplot to 8 soustřeďovat Pico TC-08 může měřit. Si všimnout toho thermocouples s nízkou citlivostí (B, R a S) mít correspondingly nižší rozhodnutí.
Opatření a uvažování pro používat Thermocouples
Nejvíce problémy měření a chyby se thermocouples jsou způsobení nedostatkem chápání jak thermocouples práce. Zaznamenaný dole být některé ty více obyčejné problémy a léčky být vědomý.
Problémy spojení. mnoho chyb měření je způsobeno neúmyslnými thermocouple křižovatkami. Pamatujte si, že nějaká křižovatka dvou různých kovů způsobí křižovatku. Jestliže vy potřebujete zvětšit délku vedení od vašeho thermocouple, vy musíte používat správný druh thermocouple rozšiřovacího drátu (eg píší K pro typ K thermocouples). Používat některého jiný druh drátu představí křižovatku thermocouple. Nějaké konektory používaly muset být vyroben ze správného thermocouple materiální a správná polarita musí být sledována.
Odpor vedení. minimalizovat termální dopravit a zlepšit doby odezvy, thermocouples jsou vyrobeny z tenkého drátu (v případě platinových typů cena je také uvažování). Toto může přimět thermocouple, aby měl vysoký odpor, který může dělat to citlivý na hluk a moci také způsobit chyby náležitý k impedanci vstupu měřícího přístroje. Typická vystavená křižovatka thermocouple s drátem 32AWG (0.25mm průměr) bude mít odpor asi 15 ohms / metr. Pico TC-08 má impedance vstupu 2MW tak bude mít chybu méně než 0.01% pro 12 metrů takového kabelu. Jestliže thermocouples s tenkými vedeními nebo dlouhé kabely jsou potřebováni, to je hodnotové držení thermocouple vedení krátký a pak používat thermocouple rozšiřovací drát (který je hodně tlustší, tak má nižší odpor) jezdit mezi thermocouple a měřícím přístrojem. To je vždy dobré opatření změřit odpor vašeho thermocouple před použitím.
Decalibration je proces unintentionally měnit makeup thermocouple telegrafují. Obvyklá příčina je rozšiřování atmosferických částeček do kovu u rozdílů provozní teploty. Další příčina je nečistoty a chemikálie od izolace se šířit do thermocouple telegrafují. Jestliže operuje u vysokých horeček, kontrolovat specifikace izolace sondy.
Hluk. výstup od thermocouple je malý signál, tak to je náchylné k elektrickému šumovému výběru nahoru. Většina měřících přístrojů (takový jako TC-08) odmítnout nějaký obyčejný režimový hluk (signály, které jsou stejné na obou drátech) tak šum může být minimalizován tím, že točí kabelem spolu pomoci zajistit oba dráty zvednou stejný šumový signál. Dále, TC-08 použití začleňovat analogový k digitálnímu konvertoru, který vypomůže průměru nějaký zbývající hluk. Jestliže pracuje v extrémně hlučném prostředí, (takový jak blízký velký motor) to hodnotné rozvažování používá tříděný prodlužovací kabel. Jestliže zlepšení zvuku je podezřelé nejprve vypínat celé podezřelé vybavení a vidět jestliže četba se mění.
Obyčejné režimové napětí. ačkoli thermocouple signalizují být velmi malý, mnohem větší napětí často existují u vstupu k měřícímu přístroji. Tato napětí mohou být způsobena jeden indukčním výběrem nahoru (problém když testuje teplotu windings motoru a transformátory) nebo ' earthed ' křižovatky. Typický příklad ' earthed ' křižovatka by měřila teplotu horkého vodního potrubí se non izolovaným thermocouple. Jestliže tam jsou nějaké chudé zemniče nemnoho voltů může existovat mezi rourou a zemí měřícího přístroje. Tyto signály jsou znovu obyčejný režim (stejný v obou drátech thermocouple) tak nezpůsobí problém se většinou nástroji stanovil, že oni nejsou příliš velcí. Například, TC-08 má obyčejné režimové vstupní rozmezí - 4V k + 4V. Jestliže obyčejné režimové napětí je větší než toto pak chyby měření budou vyplývat. Obyčejná režimová napětí mohou být minimalizována používat stejná kabelážní opatření nastíněná pro hluk, a také tím, že používá izolované thermocouples.
Termální dopravit. všechny thermocouples mají nějakou hmotu. Ohřívat toto hmota odčerpává energii tak ovlivní teplotu, kterou vy zkoušíte k míře. Zvážit to například měřit teplotu kapaliny ve zkumavce: tam jsou dva potenciální problémy. První je že tepelná energie bude cestovat nahoru thermocouple zatelegrafují a ztratí se k atmosféře tak redukovat teplotu kapaliny kolem drátů. Podobný problém může nastat jestliže thermocouple není dostatečně ponořený do kapaliny, náležitý k chladničce okolní vzduchová teplota na drátech, teplotní vedení může způsobit křižovatku thermocouple být různá teplota k kapalině sám. V nad příkladem thermocouple s tenčími dráty může pomáhat, zatímco to způsobí strmější sklon teploty podél drátu thermocouple u křižovatky mezi kapalinou a okolního vzduchu. Jestliže thermocouples s tenkými dráty jsou používány, uvažování musí být placeno k odporu vedení. Použití thermocouple s tenkými dráty propojenými na hodně tlustšího thermocouple rozšiřovacího drátu často nabídne nejlepší kompromis.
Odkazy:
Původní text používaný se svolením Pico technologie:
- Thermocouple aplikace poznámka