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如何利用智能传感器接口对热电偶实现精准测量

来源:发表时间:2019-01-19

    本篇由上海自动化仪表三厂的应用笔记介绍了热电偶理论的实用基础知识,并讨论智能传感器接口对热电偶的测量方法。

上海11选5    热电偶是最常用的温度传感器之一。它们在测量和控制应用中很受欢迎,因为它们的成本相对较低且温度测量范围很宽。特别是,热电偶在测量高温时表现出色,而大多数其他类型的传感器都无法工作。然而,这些优点被热电偶的笨重物理所抵消 - 物理学可能会对其实际应用带来巨大的技术挑战。

热电偶结构

    热电偶由两根由不同金属合金制成的电导体组成。通常,两个导体构建在具有耐热外护套的电缆中。在一些情况下,可以存在围绕两个内部导体的附加导电屏蔽。

上海11选5    在电缆的一端,两个导体通过压接,焊接或其他方式机械和电连接在一起。热电偶的这一端(称为热接点)放置在待测量的位置。热电偶的另一端(冷端或参比端)连接到热电偶测量系统。应该注意的是,“热”结可能在某种程度上是误称,因为如果测量相对低的温度,该结将经受低于参考结的温度。

参考结补偿

    热电偶产生开路电压(由塞贝克效应产生),该电压与热和参考结之间的温差成正比:V s = V(T hot - T ref)

    由于热电偶电压是结之间温差的函数,因此必须知道冷端的电压和温度,以确定热结的温度。因此,热电偶测量系统必须测量参考结温度或控制它以便将其保持在稳定的已知温度。大多数工业热电偶测量系统测量而不是控制参考结温度。

    智能传感器接口使用专用模拟输入通道测量热电偶参考结温。专用于此功能的特殊通道在几个方面是有益的。例如,参考接合点传感器不会消耗应用程序通道,因此所有通道仍可用于测量外部传感器。此外,通道由智能传感器接口自动配置,采集和处理,因此主机无需参与,也无需参与参考结补偿。专用通道设计用于直接连接到许多Sensoray终端板(例如型号7409TC)上的参考接头传感器。

线性化

    热电偶电压和温度之间的关系是成比例的,但不是线性的。实际上,热电偶在其工作温度范围内是非常非线性的。为了从热电偶获得温度,必须将热电偶电压转换为温度单位。该过程称为线性化,通常包括非线性电压 - 温度转换以及转换为所需的温度单位。

上海11选5    通常使用几种方法来线性化热电偶。最简单的方法是根本不执行实际的线性化,而是限制热电偶的工作范围以限制其非线性的大小,尽管只有在测量较窄的温度范围时这才是实用的。另一方面,可以使用特殊的热电偶接口组件(集成电路或模块)在模拟域中执行线性化。如果测量一个或两个热电偶,这可能是实用的,但是对于更高的热电偶计数,成本会迅速失控,使得该技术不适用于许多较大的多点数据采集系统。

    也可以使用算术函数或查找表在数字域中执行线性化。Sensoray的智能传感器接口采用混合数字方法,使用三次样条近似表,在整个热电偶温度测量范围内实现快速而高精度的线性化。

温度测量过程

    智能传感器接口采用热电偶测量和线性化方法,可以在不牺牲性能的情况下降低成本,并且可以自主执行这些功能,以便系统集成商可以专注于应用而不是热电偶接口的细节。


在紧凑的PC / 104外形中支持八个热电偶

    首先,板载处理器将热电偶和参考结传感器信号数字化以获得热电偶电压V t和参考结温度T ref。参考结的数字化频率低于热电偶信号,因为它的温度变化更慢。为了最大化吞吐量,参考结测量在热电偶测量之间透明且自动地交错,并且传感器数据采集与先前采集的后处理重叠。

     然后,智能传感器接口在数字域中执行线性化和参考结补偿。根据所使用的热电偶类型,通过将参考结温度映射到等效的热电偶电压来计算适当的校正电压:V c = V(T ref)。将该校正电压加到测量的热电偶电压上,以获得校正的热电偶电压:V tc = V t + V c。最后,校正的热电偶电压被线性化并转换为温度单位:T = T(V tc)。

    上海自动化仪表三厂旨在加速系统开发,并从热电偶接口中解脱出来。今天上海自动化仪表三厂的开发人员面临着越来越大的压力,需要快速产生结果,让系统开发人员摆脱热电偶接口复杂性是缓解这种压力的好方法。我们上海自动化仪表三厂就是这样做的 - 它们负责热电偶测量,因此开发人员可以专注于全局。


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