热电偶基本定律

如果两种不同成分的均质导体形成回路,直接测温端叫测量端或叫热端,接线端子端叫参比端或叫冷端,当两端存在温差时,就会在回路中产生电流,那么两端之间就会存在Seebeck热电势,即塞贝克效应。热电势的大小只与热电偶导体材质以及两端温差有关,与热电偶导体的长度、直径无关。

热电偶具有构造简单、适用温度范围广、使用方便、承受热、机械冲击能力强以及响应速度快等特点,常用于高温区域、振动冲击大等恶劣环境以及适合于微小结构测温场合;但其信号输出灵敏度比较低,容易受到环境干扰信号和前置放大器温度漂移的影响,因此不适合测量微小的温度变化。

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。标准热电偶是指标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表。我国从 1988 年 1 月 1 日起,热电偶和热电阻全部按 IEC 国际标准生S 、 B 、 E 、 K 、 R 、 J 、 T 七种标准统一设计。热电偶分度表可以从中国自动化仪器仪表网——http://www.tkyb.com/fdb.htm中查到。

(一)中间导体定律

在热电偶测温回路中,常会遇到热电极的中间连接问题,如果连接点的温度为tn ,连接导体A′或B′的热电特性相同,则总的热电势等于热电偶与连接导体的热电势的代数和。根据这个定律,在实际测温中按照现场的安装情况,可以连接热电特性相同的导体A′或B′,起到延长热电极的作用,以适合不同的安装要求。

(二)均质导体定律

由一种均匀介质导体组成的闭合回路,不论导体的截面、长度以及各处的温度分布如何,均不产生热电势。换句话说:如果热电偶的两根热电极是由两种均质导体组成,那么热电偶的热电势仅与两接点温度有关,与沿热电极的温度分布无关。如果热电极为非均质导体,当处于具有温度阶梯的情况时,将会产生附加电势,引起测量误差。所以,热电极材料的均匀性是衡量热电偶质量的主要指标之一。

(三)中间温度定律

在热电偶测温回路中,常会遇到热电极的中间连接问题,如果连接点的温度为tn ,连接导体A′或B′的热电特性相同,则总的热电势等于热电偶与连接导体的热电势的代数和。根据这个定律,在实际测温中按照现场的安装情况,可以连接热电特性相同的导体A′或B′,起到延长热电极的作用,以适合不同的安装要求。

电偶温度信号的抗干扰处理基本上采取3种措施:

(1)DCS控制系统电缆的选取至关重要,要选用带优质铜网屏蔽层的控制电缆,最好是带优质铜网屏蔽层的双绞线电缆。(2)根据干扰信号频率可以大胆选用电容,尽量使用钽电容或涤纶电容,单个电容正常使用的可靠性近百年之久。(3)在干扰源侧单点接地,有利于干扰电压对地放电,可有效防止干扰电压的串入。