Thermocouple: Cov Qauv Ntsiab thiab Tsim
Cov thermocouples tau siv dav siv rau qhov ntsuas kub tseem ceeb txij li thaum pib 20th
xyoo pua, tshwj xeeb tshaj yog nyob rau hauv cov kub heev. Rau ntau qhov kev lag luam thiab cov txheej txheem tseem ceeb
cov ntawv thov, T / C thiab RTD (Kev Tiv Thaiv Kev Kub Ntxhov) tau dhau los ua" kub qauv" rau
ntsuas kub. Txawm hais tias RTD muaj qhov zoo dua qhov ua tau thiab rov ua tau zoo dua, tab sis kuj sib xws
kev hais lus, lub thermocouple muaj qhov zoo li nram no:
• Ntau yam loj
• Lub sijhawm teb ceev ceev
• Tus nqi qis dua
• Zoo dua durability
• Lub zog siv nws tus kheej (tsis tas yuav tsum tshaj tawm teeb liab)
• Tsis muaj qhov ua rau cua sov rau tus kheej
Txawm li cas los xij, kev siv cov thermocouples rau qhov ntsuas qhov ntsuas qhov kub siab dua yuav yog qhov nyuaj ntau dua. Koj tuaj yeem ua kom zoo siab koj ntsuas qhov ntsuas nrog cov khoom siv hauv Circuit Court tsim thiab ntsuas qhov ntsuas, tab sis kev nkag siab hais tias thermocouple ua haujlwm zoo li cas pab koj tsim koj lub voj voog lossis siv tus pas ntsuas kub.
Thaum qhov ntsuas hluav taws xob tau thov rau qhov ntev ntawm xaim, qhov dej ntws tam sim no los ntawm sab ntxiv rau qhov
rho tawm sab hauv, thiab xaim tso cua sov, ua rau ib feem ntawm lub zog poob. Tus Seebeck nyhuv,
nrhiav tau los ntawm Thomas Seibeck xyoo 1821, yog ib qho kev hloov pauv rov qab: thaum qhov ntsuas kub yog
ua ntawv thov rau ib daim hlau, muaj peev xwm tsim tau. Qhov no yog lub cev nqaij daim tawv ntawm lub thermocouple
.
Qhov twg ∇V yog qhov ntsuas kub voltage, ∇T yog qhov ntsuas kub, thiab S (T) yog Seebeck coefficient. Seebeck coefficient muaj feem xyuam rau cov khoom thiab tseem ua haujlwm ntawm qhov kub thiab txias. Qhov voltage ntawm ob qhov sib txawv ntawm cov ntsuas kub ntawm ib daim hlau yog sib npaug ntawm qhov tseem ceeb ntawm Seebeck coefficient muaj nuj nqi dhau qhov ntsuas kub.
Piv txwv, T1, T2, thiab T3 hauv daim duab 1 sawv cev rau qhov kub thiab txias ntawm cov ntsiab lus sib txawv ntawm ib daim hlau. T1 (xiav) qhia tias qhov kub thiab txias qis tshaj, thiab T3 (liab) qhia tias qhov kub thiab txias yog qhov siab tshaj. Qhov voltage ntawm T2 thiab T1 yog:
Zoo sib xws, qhov hluav taws xob ntawm T3 thiab T1 yog:
Raws li cov xwm txheej ntxiv ntawm txoj kev tseem ceeb, V31 tseem muaj sib npaug rau:
Peb khaws cov no hauv siab thaum sib tham txog thermocouple voltage thiab kub hloov pauv.
Daim duab 1: Raws li Seebeck coefficient, qhov ntsuas kub ntawm qhov kub thiab txias ua rau muaj qhov hluav taws xob thoob plaws
lub conductive hlau.
Lub thermocouple muaj ob hom hlau sib txawv, Seebeck coefficient S (T) ntawm cov hlau
feem ntau sib txawv. Txij li thaum hlau kub sib txawv tuaj yeem tsim qhov sib txawv ntawm voltage,
vim li cas thiaj yuav tsum siv ob daim hlau hlau? Nws tau kwv yees tias cov hlau hauv Daim Duab 2 yog ua los ntawm cov khoom" A" ;.
Yog tias voltmeter sojntsuam yog ua los ntawm cov khoom A, hauv txoj kev xav, lub voltmeter yuav tsis pom ib qho twg
voltage.
Daim duab 2: Qhov ntsuas qhov ntsuas hluav taws xob. Thaum cov khoom siv ntawm qhov kev sojntsuam thiab cov xaim yog tib yam,
yuav tsis muaj qhov txawv txav.
Qhov laj thawj yog tias thaum qhov kev sojntsuam txuas rau qhov kawg ntawm cov hlau, qhov sib npaug ntawm kev ncua
cov hlau. Ob qhov xaus ntawm cov xov hlau ntev txuas nrog cov tswv yim ntawm voltmeter thiab muaj qhov
tib ntsuas kub (TM). Yog hais tias qhov kub ntawm ob xaus ntawm xaim yog tib yam, tsis muaj voltage
tsim. Los ua pov thawj qhov ua lej no, peb suav cov hluav taws xob uas muaj ntau thoob thoob
ntiv nplhaib hlau los ntawm qhov xaus zoo rau qhov xaus tsis zoo ntawm qhov voltmeter.
Raws li kev muaj peev xwm ntxiv ntawm kev sib ntxiv, cov kab zauv saum toj no ua:
Thaum tus ciam qis thiab thaj tsam thib ob ntawm qhov tsis tseem ceeb yog qhov qub, qhov txiaj ntsig ntawm kev sib xyaw ua ke yog V=0. Yog tias sojntsuam cov khoom yog B, raws li qhia hauv daim duab 3, tom qab ntawd:
Los piv rau cov kab zauv saum toj no, peb tau:
Qhov sib npaug 9 qhia tau hais tias ntsuas ntsuas qhov ntsuas hluav taws xob yog sib npaug ntawm qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv ntawm Seebeck coefficient kev coj ua ntawm ob cov ntaub ntawv. Qhov no yog vim li cas cov thermocouples siv ob hom hlau sib txawv.
Daim duab 3: Qhov ntsuas qhov ntsuas hluav taws xob. Kev sojntsuam thiab xaim yog tsim ntawm cov khoom sib txawv,
ua piv txwv ntawm lub cev qhov tseeb ntawm Seebeck coefficient.
Khoom A: Khoom A
Khoom B: Khoom B
Voltmeter: Voltmeter
Raws li cov Circuit Court hauv Daim Duab 3 thiab Kev Sib Ncaws 9, peb tseem tsis tuaj yeem suav qhov kub (TH) ntawm sab kub tshwj tsis yog peb paub ntsuas kub (TC) ntawm qhov chaw txias, muab hais tias SA (T), SB (T) thiab ntsuas ntsuas voltage tau paub. Hauv cov theem thaum ntxov ntawm lub thermocouple, qhov dej khov-qhov cub nrog qhov kub ntawm 0 ° C tau siv raws li qhov ntsuas kub (lub sijhawm" txias kawg"), vim tias nws tus nqi qis, yooj yim ntawm kev siv, thiab nws tus kheej kub tswj qhov kub. Qhov sib npaug Circuit Court yog muaj nyob hauv Daim Duab
Daim duab 4: Lub thermocouple xav tau qhov ntsuas kub txog 0 ° C raws li qhia hauv daim duab mus
xam cov ntsuas kub uas tsis paub TH.
Txawm hais tias peb paub siv qhov kub thiab txias ntawm lub kav hluav taws xob qhia hauv daim duab 4, nws tsis yog qhov tseeb
kom tau TH los ntawm kev koom ua ke. Yog li muaj kev them nyiaj yug rau cov qauv uas hom thermocouple
siv cov lus, cov lus yuav muab tau los ntawm cov hluav taws xob sib txuas ntawm cov coj
kub. Txawm li cas los xij, ib qho yuav tsum nco ntsoov tias txhua daim qauv txheem thermocouple reference ntxhuav yog
kos ntawm 0 ° C raws li kev siv taw tes.
Thermocouple system
Lub thermocouple niaj hnub muaj ob txoj xov hlau sib txuas ntawm ib kawg (TH). Lub qhov hluav taws xob tau
ntsuas ntawm qhov qhib kawg ntawm cov hlau txuas. Raws li cov hluav taws xob sib npaug tau qhia hauv Daim Duab 5,
VC yog tib yam li kab zauv 9 hauv Daim duab.
Daim duab 5: Cov qauv siv thermocouple niaj hnub nrog kev them nyiaj txias.
Txias hlws ris
Kev txiav nyiaj txias txias Qhov txias hlws txias (TC) tau muab tso kom txias li 0 ° C kom txias
taw qhia taws ua kom sov, tab sis hauv kev coj ua, peb tsis siv cov thawv dej khov ua raws li qhov ntsuas kub. Kev Siv
cov CJC (txoj kev them nyiaj rau kev sib tw txias) txoj kev ntsuas, qhov kub kub hlws ris kub tau muab xam tau
yam uas tsis siv 0 ° C txias hlws ris txias. Txawm tias lub txias hlws txias kub tsis yog
tas li tas mus li. Cov txheej txheem tsuas yog siv cov ntsuas kub ib zaug los ntsuas TC qhov point
kub. Yog tias paub TC, TH tuaj yeem nrhiav tau.
Yog tias peb siv lub ntsuas qhov ntsuas kub los ntsuas lub txias txias qhov ntsuas kub, yog vim li cas tsis siv lub sensor no
los ntsuas qhov kub thiab txias ntawm sab kub ncaj qha? Raws li koj tuaj yeem pom, qhov txias txias hlws ntuag ntsuas kub
ntau yog ntau nqaim dua li qhov kub nruab nrab kub ntau, yog li lub ntsuas kub tsis haum
xav kom txhawb nqa qhov kub siab txhawb los ntawm lub thermocouple.
Siv CJC los laij lub ntsuas kub kub kawg
Raws li tau hais los saum toj no, txhua daim qauv thermocouple reference ntxhuav tau txais ntawm 0 ° C thaum txias
kev tshuam. Yog li yuav ua li cas siv cov lus siv tau txais kub sab kub? Xav hauv siab ncua kev qhib
Qhov kawg ntawm lub thermocouple saum toj thiab txuas cov kev xav hauv siab kawg mus rau kev sib tshuam nrog qhov kub ntawm
0 ° C (Daim Duab 6). Yog tias peb tuaj yeem xam tus nqi V0, siv cov lus siv piv txwv yog qhov yooj yim heev kom tau txais
qhov sib xws kub-sab kub.
Daim duab 6: Txuas tus pas ntsuas kub txuas mus rau 0 ° C kev sib tshuam kom txiav txim siab qhov tsis paub kub
hlws ris kub, TH.
Txiav txim V0
Rov ua cov mis saum toj no:
Thawj lo lus hauv kab zauv 13 zoo ib yam li Equation 10 (tau los ntawm daim duab 5). Qhov ntsuas hluav taws xob sib npaug yog VC, uas yog tus nqi paub vim tias qhov ntsuas kub ntawm qhov chaw txias txias yog ntsuas los ntawm voltmeter. Lub sij hawm ob yog sib npaug nrog cov zis ntawm lub thermocouple thaum kub kub sib txig sib luag nrog TC thiab qhov txias txias ntawm qhov sib txig sib luag li 0 ° C. Vim tias TC kuj tseem ntsuas los ntawm lub ntsuas kub cais, peb tuaj yeem siv cov qauv siv cov lus qhia kom pom qhov sib xws Seebeck voltage (Vi) rau zaum ob hauv kab zauv 13:
Nrog tus nqi V0 no, qhov ntsuas kub ntawm TH yuav txiav txim los ntawm tus qauv
siv cov lus.
Kev siv ntawm kev sib tsoo txias los xam qhov kub ntawm kub qhov kawg ntawm cov txheej txheem
tau muab faib ua cov hauv qab no:
• Ntsuas ntsuas qhov txias txias (TC) nrog ntsuas qhov ntsuas kub.
• Ntsuas seb qhov txias txias li cas.
• TC hloov pauv mus rau qhov voltage (Vi) los ntawm kev siv ntawm cov txheej txheem ntawm cov ntaub ntawv siv.
• Suav V0=Vi + VC.
• Hloov V0 rau qhov ntsuas kub TH siv cov qauv siv ntsuas cov txheej txheem.
Xa mus rau NIST ITS-90 Thermocouple Database rau standard thermocouple reference ntxhuav.
NIST ITS-90 lub vev xaib kuj tseem muab cov txheej txheem ntawm txhua hom qauv uas ua tau
siv rau qhov kub thiab txias mus rau kev hloov pauv hloov pauv yog tias saib lub rooj saib tsis tuaj yeem siv hauv
microcontrollers vim yog nco lossis lwm yam.
Cov ntsiab lus tseem ceeb ntawm qhov qauv tsim
Txog tam sim no, kev sib tham saum toj no tsuas yog txwv rau theoretical paub txog thermocouple. Txhawm rau kom
ua kom zoo tshaj qhov tseeb ntawm qhov tseeb system, muaj ob peb yam yuav tsum nco tseg. Txhua ntaus ntawv hauv
yooj yim thermocouple co tes cim (Daim duab 7) yuav cuam tshuam rau qhov hloov dua siab tshiab raug thiab yuav tsum muaj
ua tib zoo xaiv los txo cov uas tsis.
Daim duab 7: Cov theem pib ntawm cov ntsuas pa ntawm qhov ntsuas sov yog suav nrog lub zog thiab ADC,
thiab microcontroller uas tuaj yeem suav cov ntsuas tsis paub tom qab.
Txheej txheem system: System board
Amplifier: Amplifier
Temp sensor: Kub ntsuas
Los ntawm sab lauj ntawm Daim Duab 7, tus thermocouple txuas nrog lub txuas ntawm lub system
Circuit Court board. Lub thermocouple nws tus kheej kuj yog lub zog thiab kuj tseem yog qhov ua yuam kev. Ntev ntev
cov thermocouples tau yooj yim tuaj yeem khaws cov xuv xim ntawm lub tshuab hluav taws xob ib puag ncig;
Cov hlau tsis muaj hlau tuaj yeem txo cov suab nrov tau zoo. Lub caij txuas ntxiv yog lub zog nthuav dav, uas muaj qib siab
input impedance yog qhov tseem ceeb heev vim hais tias cov amplifier input impedance thiab thermocouple
tsis kam lees ua qhov ntsuas hluav taws xob. Lub siab dua qhov tsis haum ntawm lub zog amplifier, qhov me dua
qhov yuam kev.
Tsis tas li ntawd, lub tshuab txuas ntxiv nce cov thermocouple tsim tawm, thermocouple cov zis feem ntau yog millivolt
khwv. Txawm hais tias lub suab nrov' s siab kaw lub voj tau txais ntau lub suab thiab lub suab nrov, ntxiv a
low-pass lim rau ADC cov tswv yim tshem tawm feem ntau ntawm cov suab nrov. Vim tias qhov kub tsis txias
hloov sai heev, ADC hloov dua siab tshiab rau cov ntawv thov xws li feem ntau nws qis heev - nws yuav tshwm sim
coj cov qauv tsuas yog ob peb zaug hauv ib ob, yog li ntawd lub lim ntsuas qis-kis tau zoo heev.
Thaum kawg, onboard kub ntsuas yuav tsum tau nyob ze rau qhov txias kawg txuas (hom phiaj
nyob rau hauv kev sib cuag nrog qhov kawg ntawm lub thermocouple hlau, tab sis feem ntau tsis mob
kom tau txais qhov zoo tshaj plaws txias txias ntaj ntsuas kub. Yam twg uas tsis nyob hauv qhov ntsuas txias txias
yuav tau maj mam nyob hauv qhov kub hlws ris kub suav.
Piv txwv ntawm cov cua sov cua sov thiab cov ntsuas sib ntsuas
Txawm hais tias tsim qauv koj tus kheej lub ntsuas cua kub ntsuas cua lossis siv cov qauv siv siv, koj xav tau
los soj ntsuam nws raug. Kev paub meej meej ntawm MAXREFDES67 # siv cov qauv siv
(Daim duab 8)
yog piav hauv qab no.
Qhov no,
Daim duab 8: MAXREFDES67 # yog qhov siv tsim qauv siv rau cov ntsuas sov thiab ntsuas RTD uas ntsuas ntsuas qhov ntsuas voltage
thiab tam sim no thiab ntsuas kub hauv -40 ° C rau 150 ° C kub ntau.
Ua piv txwv yuav ua li cas txo qhov ntsuas qhov tsis raug, peb ua ntej siv lub ntsuas cua sov
piv txwv, xws li Maxim' s MAXREFDES67 tus qauv siv tsim. Txhawm rau kuaj xyuas qhov ua yuam kev ntawm tus
ntsuas lub ntsuas lossis ntawm ib qho ntsuas ntsuas, ntsuas kub uas paub thiab ntsuas ntsuas zoo
yuav tsum tau rau kev sib piv. Hauv qhov ua piv txwv no, peb tau siv peb qhov ntsuas kub: qhov Omega HH41
tus pas ntsuas kub (tam sim no hloov los ntawm HH42), ETI siv tus pas ntsuas kub, thiab kub fluke 724
ntsuas nyiaj txiag. Ib hom K thermocouple txuas nrog MAXREFDES67 # muab tso rau hauv Lub Cim (Fluke 7341)
ntsuas qhov cub thiab ntsuas qhov kub ntawm 20 ° C. Cov ntaub ntawv xiav teev tau xa los ntawm Omega HH41, thiab
cov ntaub ntawv ntsuab teev yog xa mus rau ETI lub cuab yeej. Cov ntawv teev liab pom tias muaj qhov yuam kev tsawg tshaj plaws
tshaj li 0.1 ° C, raws li tus Fluke 724 tus ntsuas ntsuas, tab sis tsis zoo li cov kev ntsuas dhau los, lub Fluke 724 tau
tsis siv los ua khoom siv ntsuas. Simulate zoo tagnrho K-hom thermocouple tsim tawm, thiab txuas rau
tswv yim ntawm MAXREFDES67 # rau lub tog raj txuas thermocouple. Daim duab 9 qhia qhov ntsuas tau.
Daim duab 9. Siv Omnitec EC3TC (hom K thermocouple, ntsuas rau 20 ° C), ntsuas cov
MAXREFDES67 # yuam kev tiv thaiv ntsuas kub thiab piv rau lwm yam peb tus pas ntsuas kub.
Cov kev tshwm sim qhia tau qhov tseeb heev.
mus hais txog
Cov Thermocouples muaj ntau yam zoo nyob rau hauv daim ntawv thov kev ntsuas kev ntsuas kub, suav nrog
qhov ntsuas kub ntau, teb lub sijhawm, nqi thiab siv tau ntev. Lub thermocouple kev tshawb xav yog me ntsis ntxiv
ntau qhov nyuaj, tab sis peb yuav tsum nkag siab nws kom peb tuaj yeem ua qhov kev ntsuas kom raug thiab
high-precision hloov ntawm qhov ntsuas voltage mus rau kub. MAXREFDES67 # siv tsim qauv siv
MAX11254 thiab MAX6126 ob lub chips no, tshwj xeeb haum rau qhov ntsuas kub thermocouple
ntsuas ntawm lub ntsuas me me-nkag siab, cov ntsuas kev ntsuas qhov ntsuas siab. Cov MAX11254
yog 6-channel, 24-ntsis, raws-Sigma ADC uas ua tiav suab nrov thiab raug thaum txo hwj chim
dissipation los ntawm 10 zaug. Lub MAX6126 yog qhov suab nrov heev, lub siab ntsig txog qhov tseeb, qis xa tawm
voltage siv, Kub ntsuas qhov sib npaug ntawm 3ppm / ° C (max), nrog rau kev ua tau zoo ± 0.02% (max)
thawj qhov tseeb.
