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    隔爆熱電偶:簡單但容易誤解

    來源:發表時間:2020-01-04


          較低的隔爆熱電偶可能是使用最廣泛的傳感器類型,但許多人不了解它的工作原理。那是因為那里的許多描述都弄錯了,并且錯誤信息不斷流傳。我曾經認為該錯誤信息是正確的,但僅此而已。措辭如下:
          上海自動化儀表三廠隔爆熱電偶由兩種不同的金屬制成,形成一個結。該結兩端會產生隨溫度變化的電壓。
          兩種金屬相遇的結處沒有產生電壓。實際上發生的是塞貝克效應的結果,如《大不列顛百科全書》所述:
          塞貝克效應,電動勢(emf)的產生以及因此當兩個結保持在不同溫度下時由至少兩個不同導體組成的材料回路中的電流。導體通常是金屬,盡管它們甚至不必是固體。德國物理學家托馬斯?約翰?塞貝克(1821)發現了這種效應,塞貝克效應用于以很高的靈敏度和精度測量溫度(請參見隔爆熱電偶),并為特殊應用生成電能。
          如果您使用給定金屬成分的電線,并且其長度上存在溫度梯度,則沿著電線會產生一種金屬特性的電壓。在相同條件下,由不同金屬制成的電線將在其兩端產生不同的電壓。因此,電壓跨過導線,而不跨過兩種金屬的結。圖1a 是錯誤的。


          圖1b 顯示了實際情況。在這種情況下,假設在熱塊處的導線的端部都在0℃,并且導線的接合處在溫度T 1。因此,導線上的溫度梯度是相同的。由于電線是用不同的材料制成的,因此每條電線上都會產生不同的電壓,如V 1 和V 2所示。它們之間的差異是電壓與溫度成正比。溫度/電壓關系V T= V 1 -V 2 當然是非線性的。幸運的是,對于許多隔爆熱電偶來說,它是可預測的并有據可查。
          為簡單起見,我假設T 0 為0°C。但是,您不能僅僅為了獲得已知溫度就將電線放在冰浴中。數字溫度計中使用的熱塊具有另一個溫度傳感器,最好嵌入在熱塊中。通常,這是一個集成的IC傳感器,其輸出與溫度成線性比例,甚至可能是具有數字輸出的智能傳感器。在一個已知溫度下,數字溫度計可以通過軟件基于V T 和所使用的隔爆熱電偶類型來計算未知電壓。
          還有其他問題。在某些時候,到電路的連接將是銅制PCB走線。因此,系統中實際上將有更多的隔爆熱電偶構成隔爆熱電偶線連接到系統的位置(圖2)。軟件也可以彌補這一點。


          如果要設計將使用隔爆熱電偶的嵌入式系統,則在對隔爆熱電偶電壓進行采樣之前,還需要一些信號調節電路。一方面,隔爆熱電偶的輸出單位為微伏/°C。最好也使用差分輸入,以避免可能導致錯誤的接地環路。

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