Термопары это надежные и недорогие датчики температуры, широко используемые в различных измерительных системах. Однако измерение температуры с помощью




НазваниеТермопары это надежные и недорогие датчики температуры, широко используемые в различных измерительных системах. Однако измерение температуры с помощью
Дата публикации11.07.2013
Размер49.3 Kb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Литература > Документы
Термопары - это надежные и недорогие датчики температуры, широко используемые в различных измерительных системах. Однако измерение температуры с помощью термопар требует принятия специальных мер для обеспечения необходимой точности измерений. Рассмотрим основные проблемы, возникающие при получении сигнала с термопары.

Введение


Рисунок 1. Проблема "холодных спаев"

В местах подключения проводников термопары к измерительной системе возникают дополнительные термоЭДС. В результате их действия на вход измерительной системы фактически поступает сумма сигналов от рабочей термопары и от "термопар", возникших в местах подключения (рисунок 1).


^ Рисунок 2. Стабилизация температуры холодного спая

Существуют различные способы избежать этого эффекта. Самым очевидным из них является поддержание температуры холодного спая постоянной. В лабораторных условиях часто применяется ванна с тающим льдом (рисунок 2). В этом случае термоЭДС контактов подключения компенсируют друг друга, так как контакты состоят из одинаковых материалов и находятся при одинаковой температуре. К сожалению, этот способ не всегда удобен на практике.


^ Рисунок 3. Компенсация температуры холодного спая

Сейчас в промышленных системах широко используется техника "компенсации холодного спая". Этот метод заключается в том, что температура холодного спая измеряется другим датчиком температуры, а затем величина термоЭДС холодного спая программно или аппаратно вычитается из сигнала термопары (рисунок 3).

^ Изотермальные зоны

Как показано на рисунках выше, места подключения термопары к измерительной системе должны иметь одинаковую температуру, то есть находиться в изотермальной зоне. Кроме того, в схеме с компенсацией холодного спая в этой же зоне должен находиться и датчик температуры холодного спая. Разработчик должен учитывать эти требования при конструировании измерительной системы.

Нелинейность

Сигнал от термопары нелинейно зависит от температуры. Для получения точного значения температуры необходимо линеаризовать сигнал. Может использоваться табличная или полиномиальная линеарзация. Характеристики термопар различных типов и описывающие их полиномы хорошо описаны в специальной литературе.

Изоляция

При высоких температурах может снижаться сопротивление изоляции проводников термопары. Это шунтирует сигнал термопары и создает дополнительные термоЭДС.

^ Гальванический эффект

При измерении температуры жидкости возможно попадание жидкости или конденсата внутрь термопары, что приводит к образованию электролита и возникновению гальванического эффекта.

Наводки

Сигналы от термопары обычно имеют значения от микровольт до милливольт, поэтому необходимо принимать дополнительные меры по снижению уровня шумов и наводок. Обычно это экранировка и сокращение длины соединительных проводов. Кроме того, учитывая, что температура меняется относительно медленно, можно подавлять помехи с помощью фильтра нижних частот. Фильтр обычно рассчитывается на частоты 1 - 4 герца и реализуется аппаратно или программно.

Усиление

Из-за очень малого сигнала датчика, важно использовать в измерительной системе точный инструментальный усилитель. Сейчас доступны очень хорошие инструментальные усилители. Кроме того, в промышленных измерительных системах часто реализуются схемы автоматической компенсации смещения нуля и техника автокалибровки усилителей.

^ Обнаружение неисправностей

Раннее обнаружение и локализация неисправностей - ключ к решению множества проблем, возникающих в процессе эксплуатации измерительной системы. Современные измерительные системы позволяют обнаружить обрыв термопары, а также резкое изменение ее характеристик, что может быть связано с повреждением как соединительного кабеля, так и самого датчика.

Гальваноразвязка

Часто объект измерения может иметь потенциал различный с потенциалом земли измерительной системы. В таких случаях для защиты входов измерительной системы необходимо использовать гальваноразвязку. Кроме того, гальваноразвязка, наряду с дифференциальным подключением датчика, существенно снижает погрешности, связанные с током, протекающим по "общему" проводу.

^ Примеры исполнения измерительных каналов

Решение некоторых из перечисленных проблем достаточно очевидно. Например, чтобы избежать возникновения гальванического эффекта нужно выбирать герметичную конструкцию датчика, чтобы минимизировать помехи - использовать экранированные кабели минимальной длины и т.д. Другие же проблемы требуют специальным образом спроектированных измерительных каналов. Давайте посмотрим, как построены измерительные каналы для термопар у таких "монстров" измерительной техники как National Instruments. Для примера возьмем два решения: модуль согласования сигналов термопар SCXI-1112 и модуль согласования сигналов общего назначения с гальваноразвязкой SCXI-1125 в паре с терминальным модулем для подключения термопар SCXI-1328.

Специализированная плата SCXI-1112


Рисунок 4. Модуль SCXI-1112

Модуль SCXI-1112 предназначен для прямого подключения до восьми термопар. Блок-схема измерительного канала модуля показана на рисунке 5.


Рисунок 5. Блок-схема одного канала.

Как видим каждый измерительный канал включает в себя схему защиты от перенапряжения, инструментальный усилитель со схемами калибровки смещения нуля и усиления, фильтр низких частот с частотой среза 2 Гц для подавления промышленных помех, детектор обрыва термопары с индикатором и, наконец, отдельные датчики температуры холодного спая для каждого входа. Задачи компенсации температуры холодного спая, линеаризации и обнаружения неисправностей датчика возложены на программное обеспечение.

Плата согласования сигналов общего назначения SCXI-1125 со специализированным терминальным модулем SCXI-1328.


Рисунок 6. Модуль SCXI-1328

Терминальный модуль предназначен для подключения термопар к модулю согласования сигналов. Для обеспечения условий изотермальности конструкция собрана на единой алюминиевой подложке. Кроме того, в терминальном модуле установлен высокоточный термисторный датчик температуры холодного спая.


^ Рисунок 7. Модуль SCXI-1125

Плата согласования сигналов SCXI-1125 содержит восемь изолированных аналоговых каналов для работы с сигналами размахом от 2,5 mV. Каждый канал содержит программируемый фильтр низких частот, усилитель с программируемым коэффициентом усиления и автоматической корректировкой нуля. Плата рекомендована производителем для согласования сигналов от термопар. Блок схема одного из каналов усиления показана на рисунке 8.


Рисунок 8. Блок-схема одного канала.

Как и в предыдущем примере компенсация холодного спая, линеаризация и обнаружение неисправностей выполняется программно.

Выводы

Измерение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне температур и дешевизны. Однако для сохранения высокой точности измерений необходимо соблюдение ряда требований, применение специальных методов. Эти требования и методы уже реализованы в современном промышленном измерительном оборудовании, что позволяет получать высокоточные отсчеты температуры с использованием термопарных датчиков.

Михаил Клоков
ООО "ВиТэк"
тел/факс (812) 259-9591
michael.klokov@vitec.ru

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Термопары это надежные и недорогие датчики температуры, широко используемые в различных измерительных системах. Однако измерение температуры с помощью iconИрт имитатор работы термопары
Предназначен: для быстрой проверки точности показаний приборов, в которых в качестве датчика температуры, используются термопары

Термопары это надежные и недорогие датчики температуры, широко используемые в различных измерительных системах. Однако измерение температуры с помощью iconОпросный лист по станции защиты двигателя (сузд) (e-mail: )
Непосредственное измерение температуры электродвигателя внешним датчиком температуры

Термопары это надежные и недорогие датчики температуры, широко используемые в различных измерительных системах. Однако измерение температуры с помощью iconУрок 45. Тепловое состояние тел. Температура и её измерение
...

Термопары это надежные и недорогие датчики температуры, широко используемые в различных измерительных системах. Однако измерение температуры с помощью iconКурсовая работа по схемотехнике тема: «полупроводниковые датчики температуры»

Термопары это надежные и недорогие датчики температуры, широко используемые в различных измерительных системах. Однако измерение температуры с помощью icon50. Распределение температуры в жидкости, догретой до температуры кипения
...

Термопары это надежные и недорогие датчики температуры, широко используемые в различных измерительных системах. Однако измерение температуры с помощью iconП одмешивающий модуль fwr fwr 1” Описание
Подмешивающий модуль fwr предназначен для поддержания постоянной температуры подачи в низкотемпературных системах отопления (напр...

Термопары это надежные и недорогие датчики температуры, широко используемые в различных измерительных системах. Однако измерение температуры с помощью iconОценка влияния различных факторов на точность измерения температуры
Из всего комплекса параметров, одновременно действующих в реальных условиях, можно выделить несколько наиболее характерных, изменением...

Термопары это надежные и недорогие датчики температуры, широко используемые в различных измерительных системах. Однако измерение температуры с помощью iconОбморожение Понижение температуры воздуха
Понижение температуры воздуха зимой ниже 20 градусов уже повод для отказа идти на прогулку с ребенком, чтобы избежать обморожения....

Термопары это надежные и недорогие датчики температуры, широко используемые в различных измерительных системах. Однако измерение температуры с помощью iconРуководство по эксплуатации
Кнопка включения/выключения режима сауны и регулировки температуры (для увеличения и уменьшения температуры)

Термопары это надежные и недорогие датчики температуры, широко используемые в различных измерительных системах. Однако измерение температуры с помощью icon1. 1 Датчик-реле температуры там-102С (в дальнейшем прибор) предназначен...
М-102С (в дальнейшем – прибор) предназначен для использования в холодильных установках, а также в других системах для контроля и...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<