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      熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)膶嶒炁c研究

      2016-05-14 09:08:14章鐵軍
      中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2016年8期
      關(guān)鍵詞:熱電偶實驗研究

      章鐵軍

      摘 要:熱電偶的適用范圍廣泛,盡管看起來十分簡單,但其工作原理卻較為復(fù)雜。為此,本文主要探討了熱電偶的工作原理和冷端補(bǔ)償工作原理,并通過對冷端補(bǔ)償?shù)膸讉€方法進(jìn)行實驗,直觀展現(xiàn)了熱電偶冷端補(bǔ)償工作原理。

      關(guān)鍵詞:熱電偶;冷端補(bǔ)償;實驗;研究

      中圖分類號:TH811 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

      溫度與許多事物息息相關(guān)。人們的生活離不開溫度,生產(chǎn)離不開溫度,因此,溫度的測量十分重要。而熱電偶亦與溫度密切相關(guān)。熱電偶是常用且重要的溫度測量元件,除了測量,其還肩負(fù)將溫度所傳達(dá)的信號轉(zhuǎn)變成其他重要信號的任務(wù)。由于熱電偶在溫度測量中頻頻使用,因此就有了各種樣式各異的熱電偶。對熱電偶冷端補(bǔ)償進(jìn)行實驗和研究,有助于我們更好地了解熱電偶的用途。

      一、熱電偶概述

      (一)熱電偶基本概念

      溫度的變化會影響生產(chǎn)和工作,因此,需要一個穩(wěn)定、方便、準(zhǔn)確度高的工具進(jìn)行測量,熱電偶就是這樣一種元件,其測量溫度的結(jié)果通常令人比較滿意,因此備受人們信賴。作為連接不同信號的橋梁,熱電偶的響應(yīng)與轉(zhuǎn)換速度極快。熱電偶和其他溫度測量的不同之處主要在于外表的區(qū)別,但內(nèi)部結(jié)構(gòu)則基本相同,這是由熱電偶的作用所決定的。

      (二)熱電偶工作原理

      熱電偶是由兩個不同導(dǎo)體或者說兩個半導(dǎo)體組成的回路?;芈返谋举|(zhì)是導(dǎo)體的相互關(guān)聯(lián),連接之后必然會出現(xiàn)兩個端點,溫度相同暫不討論,這里要重點研究溫度不同的兩端。在溫度不同的情況下,必定會有溫度差,造成溫度差是由于兩端溫度一高一低,這兩個因溫度存在差異的端點就有了明確的區(qū)分:一個是熱端,一個是冷端。由于熱端和冷端分子運動的速率不同,所以,由熱端和冷端組成的熱電偶中會迅速形成一個電動勢,這就是熱電偶迅速響應(yīng)溫度后轉(zhuǎn)化成的信號,即熱電動勢。除了溫度,由于不同導(dǎo)體的電阻率不同,所以,導(dǎo)體的材料也影響到熱電動勢。

      二、熱電偶冷端補(bǔ)償原理

      冷端補(bǔ)償,與冷端溫度有關(guān)。根據(jù)能量守恒定律,冷端的溫度會隨著電流的運動而上升,熱端的溫度會隨之降低,從而讓熱端和冷端之間的溫度差接近,那么就會影響測量的結(jié)果。此外,這個過程還會發(fā)生溫度的散失,熱端和冷端的溫度都會隨著時間的推移,慢慢和常溫接近,并且線路由于電流的存在會發(fā)生熱散失,因此,就必須做出補(bǔ)償。

      三、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償實驗

      (一)實驗設(shè)備

      1 冰點槽法實驗設(shè)備

      熱電偶,冰水混合物容器,兩支玻璃試管。

      2 零點遷移法實驗設(shè)備

      熱電偶,儀表。

      3 冷端補(bǔ)償器法實驗設(shè)備

      熱電偶,若干根錳、銅金屬絲,直流電源。

      (二)實驗原理和內(nèi)容

      所有方法的實驗原理均遵從于熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)幕驹砗头椒?。實驗?nèi)容主要以冰點槽法、零點遷移法、冷端補(bǔ)償器法為主,通過各自不同的實驗設(shè)備展現(xiàn)冷端補(bǔ)償過程,從而達(dá)到補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

      (三)實驗步驟

      1 冰點槽法實驗步驟

      第一,將盛滿冰水混合物的容器準(zhǔn)備妥當(dāng);第二,將冷端浸入此容器中,使溫度達(dá)到理想狀態(tài);第三,保持冷端溫度為零度;第四,為了提高實驗的安全性,將預(yù)先準(zhǔn)備的兩支玻璃試管中依次放入兩個結(jié)點;第五,為了達(dá)到良好的絕緣效果,將兩支穩(wěn)穩(wěn)放置結(jié)點的玻璃管浸入冰水混合物的容器中。

      2 零點遷移法實驗步驟

      第一,確保實驗環(huán)境溫度穩(wěn)定;第二,將儀表調(diào)到常溫狀態(tài)下的刻度;第三,確定熱電偶冷端溫度與室內(nèi)溫度一致;第四,確定熱電偶熱端溫度與室內(nèi)溫度一致;第五,確定熱電偶兩端溫度一致后,觀察指針的溫度值。

      3 冷端補(bǔ)償器法實驗步驟

      第一,預(yù)備不同材質(zhì)的金屬絲如錳、銅絲,將其相連成由四根金屬絲和電源形成的電橋;第二,在零度的溫度下保持電橋平衡,觀察儀表指針有沒有發(fā)生改變;第三,以4V直流電源進(jìn)行供電,在不同溫度下觀察儀表指針變化。

      (四)實驗結(jié)果

      1 冰點槽法

      通過實驗可知,冰點槽法因其冰水混合物的溫度為零度,是熱電偶冷端補(bǔ)償中最理想的狀態(tài),但只能用于實驗之中。

      2 零點遷移法

      零點遷移法實驗是在一個溫度恒定的環(huán)境下進(jìn)行,但不是零度。通過實驗可知,在熱電偶冷端溫度恒定不變的條件下,通過適當(dāng)調(diào)整儀表值即可實現(xiàn)溫度補(bǔ)償。

      3 冷端補(bǔ)償器法

      冷端補(bǔ)償器法的本質(zhì)就是從保持電橋平衡到不平衡的狀態(tài)下使熱電動勢發(fā)生變化,從而達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

      除了以上三種方法之外,冷端補(bǔ)償方法還有計算修正法、補(bǔ)正系數(shù)法、軟件處理法。前兩種主要是通過計算的方式,計算修正法比補(bǔ)正系數(shù)法的誤差更小。

      補(bǔ)正系數(shù)法用公式表達(dá):

      T=T′+K×TH

      式中:T—為未知的被測溫度;T′—為參考端在室溫下熱電偶電勢與分度表上對應(yīng)的某個溫度;TH—室溫;k—為補(bǔ)正系數(shù)。

      計算修正法是根據(jù)常溫計算熱電偶冷端實際溫度TH,公式如下:

      EAB(T, T0)=EAB(T, TH)+EAB(TH, T0)

      軟件處理法則主要利用計算機(jī)來處理,冷端溫度恒定時正常補(bǔ)償即可。冷端溫度變化多端時,就需要考慮將多個熱電偶冷端集中處理。

      結(jié)論

      熱電偶的適用范圍廣泛,盡管看起來十分簡單,但其工作原理卻較為復(fù)雜。在實際情況中,冷端溫度不可能一成不變,所以就要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。本文通過對冷端補(bǔ)償中的幾個方法進(jìn)行實驗,旨在進(jìn)一步幫助各位了解熱電偶冷端補(bǔ)償工作原理。有關(guān)補(bǔ)償?shù)恼`差問題,還需要進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。

      參考文獻(xiàn)

      [1]付躍飛.基于自然熱電偶法的數(shù)控銑削溫度測量系統(tǒng)[D].大連理工大學(xué),2013.

      [2]林敏.AD590IC溫度傳感器在熱電偶冷端溫度補(bǔ)償中的應(yīng)用研究[J].大連輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報,1989(Z1):89-93.

      [3]唐圣棵.熱電偶傳感器的冷端溫度補(bǔ)償研究[J].電子技術(shù)與軟件工程,2015(09):128.

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