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新聞詳情
健怡可樂雙支鉑熱電阻的使用基于定律及冷端溫度補(bǔ)償方法健怡可樂雙支鉑熱電阻來源：上海自動(dòng)化儀表作者：上海上自儀
說明： 健怡可樂雙支鉑熱電阻是可以將溫度量轉(zhuǎn)化為電動(dòng)勢(shì)大小的熱電勢(shì)傳感器，其構(gòu)造簡單，使用方便，且具有準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性高，溫度 測(cè)量范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。介紹了熱電偶具有的三個(gè)使用基于定律，論述了熱電偶測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的冷端溫度誤差以及采用的冷端溫度補(bǔ)償方法。 人們的生產(chǎn)和生活往往與溫度息息相關(guān)，熱電偶就是一種 常見的接觸式溫度傳感器，盡管構(gòu)造簡單，但同樣有其使用要求 和規(guī)律。對(duì)健怡可樂雙支鉑熱電阻的使用基于定律和冷端溫度補(bǔ)償方法的研究 有助于我們更靈活更有效地在實(shí)際生活中使用健怡可樂雙支鉑熱電阻? 1 健怡可樂雙支鉑熱電阻的結(jié)構(gòu)及原理 熱電阻作為一種簡單的無源傳感器件，不需要在外界接通 電源即可測(cè)量出溫度量。其構(gòu)造也比較簡單，非常簡單的熱電偶可 以由兩種不同的導(dǎo)體 A和 B，將其兩端結(jié)點(diǎn)連接在一起形成回路 即可，其中一端為測(cè)量端 T，另一端為參考端 T0，該閉合回路也被稱之為熱電阻，導(dǎo)體 A 或 B 則被稱為熱電極或熱阻絲，其兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中，被測(cè)對(duì)象溫度的結(jié)點(diǎn)稱為測(cè)量端，參考溫度的結(jié)點(diǎn)稱為參考端。如圖 1 所示。  ??健怡可樂雙支鉑熱電阻的熱電動(dòng)勢(shì)是因?yàn)榇嬖谥捎趦刹煌瑢?dǎo)體連接所產(chǎn)生的接觸電動(dòng)勢(shì)和導(dǎo)體自身受溫度影響的溫差電動(dòng)勢(shì)。接觸電 動(dòng)勢(shì)是因?yàn)閮蓚€(gè)不同導(dǎo)體的材料不同，其內(nèi)部的自由電子密度也不相同，當(dāng)兩者接觸時(shí)電子存在擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，從而在該地方形成電 動(dòng)勢(shì)。溫差電動(dòng)勢(shì)是因?yàn)閷?dǎo)體兩端溫度不同的情況下在高溫端失去電子而帶正電荷，低溫端得到電子而帶負(fù)電荷形成的一種熱電動(dòng)勢(shì)，也稱湯姆遜電動(dòng)勢(shì)。 設(shè)熱電偶 AB 的兩個(gè)接觸電動(dòng)勢(shì)為 EAB（T）和 EAB（T0），兩個(gè)溫 差電動(dòng)勢(shì)為 E（A T，T0）和 E（B T，T0），因此由金屬導(dǎo)體 A，B 組成的熱電偶回路中總的電動(dòng)勢(shì)可表示為： EAB（T，T0）=EAB（T）+E（B T，T0）- EAB（T0）- E（A T，T0） 在總熱電動(dòng)勢(shì)中，由于溫差電動(dòng)勢(shì)與接觸電動(dòng)勢(shì)相比要小 許多，溫差電動(dòng)勢(shì)的大小可以近似忽略，因此簡化后的健怡可樂雙支鉑熱電阻電 動(dòng)勢(shì)為： EAB（T，T0）=EAB（T）- EAB（T0） 健怡可樂雙支鉑熱電阻需要注意如下問題：（1） 必須要用兩種不同的材料制 作回路，否則其回路的電動(dòng)勢(shì)始終為零；（2）若熱電阻測(cè)量的兩節(jié)點(diǎn)的溫度是相等的，回路中電動(dòng)勢(shì)會(huì)為零；（3）健怡可樂雙支鉑熱電阻的熱電動(dòng)勢(shì) 只與兩測(cè)量節(jié)點(diǎn)的溫度有關(guān)，與導(dǎo)體中其它各處的溫度無關(guān)。 2 健怡可樂雙支鉑熱電阻的使用基于定律 2.1 中間溫度定律。熱電阻AB 的熱電動(dòng)勢(shì)僅與熱電阻的材 料和兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與溫度沿?zé)犭姌O的分布以及熱電極 的尺寸和形狀無關(guān)，這就是中間溫度定律。假設(shè)每個(gè)導(dǎo)體中間存 在著一結(jié)點(diǎn) Tn，則中間溫度定律的數(shù)學(xué)模型可表示為： EAB（T，T0）=EAB（T，Tn）+EAB（Tn+T0） 因此，在實(shí)際運(yùn)用過程中，通過中間溫度定律，只要自由端溫 度固定，即使自由端不是零攝氏度情況下，也能夠依據(jù)分度表利 用上式測(cè)量溫度。 2.2 中間導(dǎo)體定律。在健怡可樂雙支鉑熱電阻?AB 回路中，在斷開某一位置接入第三個(gè)導(dǎo)體 C，只要接入的第三導(dǎo)體 C 兩端溫度相同，就不會(huì)影響回路中的總熱電動(dòng)勢(shì)，這就是中間導(dǎo)體定律。其具有兩種接 入方式，如圖 2 和圖 3 所示所示。   因此，當(dāng)回路長度不足時(shí)，我們往往需要從回路中引出導(dǎo)線 或儀表的時(shí)候，只要保證引出兩端的溫度始終相等，就不會(huì)影響健怡可樂雙支鉑熱電阻回路中的熱電動(dòng)勢(shì)。 2.3 標(biāo)準(zhǔn)電極定律。假設(shè)有健怡可樂雙支鉑熱電阻AC 和健怡可樂雙支鉑熱電阻BC，若健怡可樂雙支鉑熱電阻回路中的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度為 T、T0，則用導(dǎo)體 AB 組成的熱電偶的 熱電動(dòng)勢(shì)等于該兩個(gè)熱電動(dòng)勢(shì)代數(shù)和。 設(shè)熱電偶 AC 的熱電動(dòng)勢(shì) EAC（T，T0）- EAC（T）- EAC（T0），熱電偶BC 的熱電動(dòng)勢(shì) EBC（T，T0）=EBC（T）- EBC（T0），則利用中間導(dǎo)體定律后可以表示為： EAC（T，T0）- EBC（T，T0）=EAB（T）+EBA（T0）=EAB（T）- EAB（T0）- EAB（T， T0） 因此導(dǎo)體 C 為標(biāo)準(zhǔn)電極。在實(shí)際生活中，標(biāo)準(zhǔn)電極 C 通常采 用純鉑絲，若已有各種熱電極對(duì)鉑極的熱電動(dòng)勢(shì)值，就可以用標(biāo) 準(zhǔn)電極定律得到這些材料中任意兩種配成健怡可樂雙支鉑熱電阻后的熱電動(dòng)勢(shì)， 方便了健怡可樂雙支鉑熱電阻的選配。 3 健怡可樂雙支鉑熱電阻的冷端溫度補(bǔ)償 由以上的原理可以知道，健怡可樂雙支鉑熱電阻的熱電動(dòng)勢(shì)與測(cè)量端的溫度 和冷端的溫度都有關(guān)系。只需保持住冷端溫度為零，或者是一個(gè)恒定值的時(shí)候即可準(zhǔn)確測(cè)量測(cè)量端上的溫度。但實(shí)際情況下冷端 溫度往往存在擾動(dòng)或是偏于基準(zhǔn)值的現(xiàn)象。比如由于導(dǎo)體在測(cè)量 溫度時(shí)，線路中的電流運(yùn)動(dòng)往往會(huì)存在熱散失現(xiàn)象。此外，因?yàn)槟?量守恒定理，冷端的電流運(yùn)動(dòng)會(huì)使冷端溫度上升，而熱端反而下 降。所以我們需要通過采用一些溫度補(bǔ)償方法來穩(wěn)定冷端溫度，從而減少對(duì)測(cè)量溫度的干擾。 3.1 導(dǎo)線補(bǔ)償法。實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)和生活需要中，顯示儀表往往無法安裝在測(cè)量對(duì)象的旁邊，這時(shí)要用其它導(dǎo)線延伸?使得健怡可樂雙支鉑熱電阻測(cè)量在較遠(yuǎn)距離的場(chǎng)所。由于健怡可樂雙支鉑熱電阻一般較短，會(huì)使 得冷端離被測(cè)對(duì)象很近，導(dǎo)致冷端溫度較高，受到影響也大，因此 可以利用補(bǔ)償導(dǎo)線將健怡可樂雙支鉑熱電阻冷端延伸出來，該導(dǎo)線在一定溫度范 圍內(nèi)能夠與熱電偶具有相同熱電性質(zhì)。 3.2 電橋補(bǔ)償法。選擇適當(dāng)?shù)碾姌?，且在電橋橋臂中設(shè)置一 個(gè)電阻與熱電偶冷端感受相同的溫度變化。開始時(shí)冷端溫度不 變，電橋平衡，當(dāng)環(huán)境溫度產(chǎn)生變化時(shí)，因?yàn)闃虮凵掀渲幸粋€(gè)電阻健怡可樂雙支鉑熱電阻 與?冷端感受到相同變化，電橋平衡被打破產(chǎn)生不平衡電壓 ，通過這個(gè)不平衡電壓來補(bǔ)償因?yàn)槔涠藴囟茸兓瘯r(shí)造成的熱電動(dòng)勢(shì)變化 3.3 冰浴法。把健怡可樂雙支鉑熱電阻冷端至于冰水混合物中，即可保證冷 端溫度等于零攝氏度。 3.4 計(jì)算法。大多數(shù)情況下冷端溫度不能保持在零攝氏度， 這時(shí)通過熱電偶的中間溫度定律的計(jì)算公式，再結(jié)合分度表查詢 就可以得出健怡可樂雙支鉑熱電阻測(cè)量端的實(shí)際溫度。 3.5 軟件處理法。在硬件處理熱電偶冷端不方便的情況下， 可以利用計(jì)算機(jī)對(duì)冷端溫度進(jìn)行修正，如當(dāng)冷端溫度不為零但恒定時(shí)，在采樣后添加常數(shù)即可。如果測(cè)量經(jīng)常波動(dòng)，可以利用一些 運(yùn)算程序?qū)ζ溥M(jìn)行修正等來提高精確度。 4 結(jié)過 隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，傳感器的精度問題值得我們?cè)絹碓?重視。健怡可樂雙支鉑熱電阻?在生活中有著廣泛的應(yīng)用。利用中間溫度定律，在使 用健怡可樂雙支鉑熱電阻的時(shí)候冷端不一定為零攝氏度也能得到測(cè)量值；通過中 間導(dǎo)體定律，可以用第三種導(dǎo)體從健怡可樂雙支鉑熱電阻冷端引出進(jìn)行測(cè)量，從 而節(jié)省貴金屬的使用；由標(biāo)準(zhǔn)電極定律可得，利用好標(biāo)準(zhǔn)健怡可樂雙支鉑熱電阻電極即 可求出任意兩種材料電動(dòng)勢(shì)。結(jié)合健怡可樂雙支鉑熱電阻冷端溫度補(bǔ)償?shù)?5 種方 法，能極大的提高?的測(cè)量精度，使其在未來的使用和發(fā)展 中具有更積極的意義。
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