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热电偶101:热电偶如何工作和基本工作原理

热电偶和工作原理的基础知识
热电偶和工作原理的基础知识

一种热电偶是用于测量温度的设备。它由两条不同的金属电线组成,并连接在一起形成一个连接点。当该连接变热或冷时,根据材料和电压量在两个两个晶体管之间产生少量电压,我们可以非常准确地测量温度。

从理论上讲,热电偶可以由任何两种不同的材料组成,但要提高线性,准确性和温度响应的特定材料用于制造热电偶。例如,由铜/君士坦坦组成的热电偶称为T型热电偶,由铁/君士坦坦组成的热电偶被称为类型J热电偶,最后是最受欢迎的K型热电偶由组合铝板和铬将组成。当将多个由相同材料构建的热电偶组合在一起时,它们被称为热门。康斯坦丹是铜尼克合金也称为尤里卡(Eureka)的专有名称。可以为许多不同的应用制作和调整热电偶。可以制作它们以提高寿命,快速响应,也可以做出测量温度范围非常宽。

热电偶的基本工作原理

一种热电偶基于原则的作品Seebeck效果。当托马斯·塞贝克(Thomas Seebeck)首先发现这种效果时,这被称为塞贝克效应。但是为了本文,我们不会详细关于Seebeck效果。如果您想了解更多信息,您可以一定的方式检查一下,但是基本上说的是,如果您有一块电线,并且在两个连接之间获得温度差异,那么少数电流将通过,您将得到一个电压差,下图完全显示了这一点。

热电偶中的Seebeck效应

基本理论听起来很有趣。为了验证让我们测试理论。为了测试它,我拿出了万用表,将鳄鱼夹连接到万用表,然后将它们缩短,之后将表盘设置为MV范围并观察到电压,因为您可以清楚地看到多计上的电压读数显示为零。。

数量连接到鳄鱼夹

现在,我取出了打火机,开始加热鳄鱼夹的连接处或尖端。如下图所示,万用表正在测量微型范围内的小电压。

鳄鱼夹和万用表

几秒钟后,您还可以在下图中看到,电压更加上升。

使用鳄鱼剪辑和万用表的Seebeck效果

在上面的实验中,您可以清楚地看到Seebeck效应实际上是有效的,并且通过测量两个连接的电压,我们可以计算温度。听起来很容易,但是随着我们进一步进入文章,我们将观察到用热电偶测量适当的温度并不容易。

不同类型的热电偶

基于材料类型热电偶可以分为9个类别,它们是e-type,j型,k型,e-type,n型,t型,s型,s型,r-type,b-type。在本节中,我们将讨论所有这些

电子型

E型热电偶在需要强信号和高精度的情况下使用。

与在37.8°C或1000°F温度范围内的K型和J型热电偶相比,E型热电偶具有更强的信号。与K型相比,E型还提供了更大的稳定性。这种类型的热电偶适用于最高900°C的温度。这种类型的热电偶也可以用于真空或低温温度中。

J型

J型热电偶由铁和康斯坦坦(铜 - 尼克合金)组成,这种类型的热电偶适用于真空,还原和惰性环境。由于该热电偶是用铁制成的,因此不建议将这种热电偶用于氧化大气。对于这种热电偶的长寿,建议使用大量的铁线或保护管。这种类型的热电偶的建议工作温度为760°C

K型

K型热电偶通常由染色体和铝制组成,但具体来说,染色体由90%的镍,10%铬制成,铝制由95%的镍,2%铝,2%锰和1%硅制成。这些是构建恒定K型热电偶所需的最常见材料,其灵敏度为40UV*/c。K型热电偶非常准确,因此它最用于测量最高1260°C或2300°F的温度。这种类型的热电偶因其建筑材料和高精度而在高温氧化环境中以高温氧化环境中的J型降级。对于高温,建议使用陶瓷材料。

n型

N型热电偶是一种非常新的热电偶,可减少K型热电偶的缺点。该热电偶的稳定性非常高,温度范围与K型热电偶非常相似。该热电偶的灵敏度为39 µV/°C,略低于K型热电偶的敏感性。该热电偶由铜制合金制成,用于1260°C的初级温度。热电偶的成本略高于K型。它可以用于在需要在高温下操作的应用。

T型

T型热电偶由铜,铜和镍制成。在这种情况下,它被称为康斯坦坦合金。这种类型的热电偶用于测量非常低的低温温度,并且可以用于氧化和还原环境中。改善生活的生活,建议使用一层二氧化锰。该传感器可以测量(-200至+200)的温度范围。

S,R和B型

S,R和B型热电偶主要用于高温应用。这种传感器的范围从600到1700°C不等。B型热电偶主要由铂金组成。对于这种热电偶,必须基于陶瓷的绝缘材料。

如何用热电偶测量温度?

尽管热电偶的理论和工作看起来很简单,但由于电压信号很小,因此将热电偶产生的电压转换为精确的温度读数并不容易。电压和温度读数是非线性的,除了您需要不同的补偿和调节电路以减少热电偶的长电线所挑选的环境和无线电噪声。有了这一描述,您可以理解用热电偶测量温度的困难。

要用热电偶测量温度,您需要一些称为冷连接条件的东西。从下图可以看到

热电偶冷连接补偿

国家标准研究所或者nist给我们一堆桌子,将冰水作为冷交点中的参考,使我们参考了热交界处和冷路之间存在的非线性。这样的表格之一如下所示。

NIST K型热电偶表

而且,如果您想非常准确地测量温度,则需要考虑这些NIST表。乍一看,桌子看起来有些复杂,但是如果您看左下角,那么您会在0处看到*C热电偶将为您提供准确的0UV。依此类推,依此类推,热连接处在垂直或Y轴上,冷连接处在水平或X轴上。但是,由于现实生活中的系统在实用环境中工作,因此您需要在所有温度条件下进行处理以考虑温度变化。

为了使我们的生活变得更加轻松,要准确地测量温度,诸如Texas仪器,模拟设备和Maxim制造的大型制造商是专门设计用于测量热电偶温度的IC的,这些IC被称为冷离子赔偿的热电偶转换器受欢迎Max6675 IC和Max31855,Max31856是这样的IC,可以为您提供所有艰苦的工作,以测量热电偶的温度。MAX6675执行冷门补偿并数字化信号Type-K热电偶。数据以12位分辨率,SPI兼容,仅读取格式输出。该转换器将温度溶解至0.25°C,允许读数高达 +1024°C,并显示出8 LSB的热电偶精度,用于0°C至 +700°C的温度。起床和运行最受欢迎的方法是使用Arduino和Max6675原型的IC。

结论

热电偶在宽温度范围内提供高速温度测量。但是,由于他们的设计和竞争问题,它们并不是最合适的选择。在本教程中,我们给了您一个关于基本热电偶如何工作的想法,现在您知道了所有不同类型的热电偶以及如何以艰难的方式或简单的方式从热电偶中测量温度。

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