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熱電対の測定方法

熱電対の測定方法

温度と熱電対の概要


温度は、対象試料測定における粒子の平均運動エネルギーであり、

標準単位は「度」です。 温度はさまざまな方法で測定することができ、費用と

測定の正確さが変わる可能性があります。 熱電対は最も一般的な温度センサーの1つです

熱電対は比較的安価で正確であり、比較的広い

測定範囲。

2つの異なる金属接点があるときはいつでも、接点組立体はより低い無負荷電圧

温度の関数として、熱電効果である。 温度差は

ゼーベック電圧、1821に物理学者トーマスゼーベックの現象を発見した。 この電圧

温度に関して非線形であるが、小さい場合には線形であると近似することができる

温度の変化、または:

ΔVは電圧変化であり、Sはゼーベック係数であり、ΔTは温度変化である。


熱電対はさまざまなタイプがあり、より大きな文字で指定されています

米国規格協会(ANSI)の規則に従います。 例えば、J型熱電対

鉄導体と銅 - ニッケル合金導体からなる。 他の種類の熱電対

B、E、K、N、R、S、およびTを含む。

熱電対の測定方法


背景知識


熱電対測定がどのように行われるかをよりよく理解するためには、

熱電対の働き このドキュメントの最初の部分では、

熱電対、熱電対の後半部分で接続方法を説明します

機器と温度測定の関係


熱電対ゼーベック電圧は、測定システムに直接接続されている場合は、

追加の熱電対を生成します。 これは単に

それを電圧計または他の測定システムに接続します。


図1. Jタイプの熱電対


図1に示すように、J型熱電対を使用したキャンドル温度

測定。 2つの熱電対線がデータ収集の銅端子に接続されています

デバイス。 この回路にはJ1、J2、J3の3つの金属接続があります。 J1は

熱電対測定ポイントで、温度に比例したゼーベック電圧を生成する

キャンドル。 さらに、J2とJ3はそれぞれゼーベック係数を持ち、データ

取得端末は、温度差電圧に比例した温度を生成する

コールド側電圧として知られています。 J1の電圧成分を決定するためには、

J2とJ3接点の温度を知り、

接触電圧および温度を測定する。 したがって、J1接合の電圧は、

測定された電圧からJ2およびJ3の寄生接合電圧成分を減算します。


熱電対は、特定の温度基準を必要とします。

エラーが発生しました。 最も一般的に規定されている方法は、温度センサを使用することです。

基準ジャンクション温度からマイナス寄生端子電圧

成分。 このプロセスは、冷接点補償として知られ、寒冷の計算を単純化することができます

いくつかの熱電対の特性を用いた接合補償。


金属遷移層の熱電対則と他の仮定を使用することにより、

電圧データ収集システムの測定は、熱電対のタイプのみに依存し、

測定端子での電圧、および冷接点温度によって決まります。 測定された電圧

測定リード線及びコールド端子J2、J3の電圧成分とは無関係である。


図2.金属遷移層熱電対の法則


図3の回路を考えてみましょう。この回路は図1で説明した回路と似ています

銅 - ニッケル合金線の短い部分がJ3接合部の前に挿入されている点を除いて、上記のものと同じである。

すべての接点は同じ温度です。 J3とJ4のジャンクション温度が

同様に、金属遷移層熱電対の法則は、図3の回路が

電気的には図1の回路と同じである。従って、

図3は、図1に示す回路に適用することができる。


図3.等温環境で追加の導体を挿入する


図3のJ2およびJ4接点は同じタイプ(銅 - ニッケル合金)に属します。 2人は

等温環境、J2とJ4は同じ温度です。 その方向性のために

回路内の電流、J4はゼーベック正電圧、J2はゼーベック負

電圧。 したがって、コンタクトは相互の影響を相殺し、トータル電圧の測定は

ゼロ。 J1とJ3接点は鉄 - 銅 - ニッケル合金接点です。 しかし、彼らの気温は

等温環境にないかもしれないので、異なっている。 彼らは異なる

J1とJ3接点はゼーベック電圧を生成することができますが、サイズは異なります

冷接点J3を補償するために、温度が測定され、印加される

電圧は熱電対測定値から減算されます。


Ty温度でJx接合部によって生成される電圧を表すためにVJx(Ty)記号を使用すると、

一般的な熱電対の問題は次のように単純化されます。

V MEAS = V J1 (T TC )+ V J3 (T ref )(2)


VMEASのデータ収集システムでは、測定された電圧値、TTC J1ジャンクション熱電対

温度、トレフは温度の基準側を示した。


なお、式(2)において、VJx(Ty)はTy温度

一定の基準温度に対して環境を維持する。 式2は、VJ1と

VJ3は、同じ基準温度に関連する温度関数である。 例えば、NIST

基準端を0にして上記熱電対参照テーブルを生成する

摂氏温度。


J3とJ1は同じタイプですが、相対電圧を生成するため、VJ3(Tref)= -VJ1(Tref)です。

また、VJ1は熱電対タイプのテストで生成される電圧なので、電圧は

名前がVTCに変更されました。 したがって、2タイプは次のように書き換えることができます。

V MEAS = V TC (T TC )-V TC (T ref )(3)


したがって、VME​​ASとTrefを測定することにより、熱電対電圧と

温度、あなたは熱電対測定側の温度を決定することができます。


冷接点補償を実現するには、ハードウェア補償と

ソフトウェア補償。 どちらの技術も、直接読み取りセンサを使用して

基準側温度。 直接読み取りセンサは、入力によってのみ決定される入力を有する。

測定点の温度。 半導体センサ、サーミスタ、RTDが一般的に使用されています

測定器の基準面の温度を測定する。


ハードウェア補償を使用して、可変電圧源を回路に挿入して除去することができます

寄生熱電電圧。 可変電圧源は、補償電圧

周囲温度に応じて補正電圧に加算され、

不要な温度差信号。 これらの寄生信号が除去されると、唯一の信号

データ収集システムによって測定された電圧は、熱電対測定

ハードウェア補償の場合、データ収集システム端末の温度は

データ収集システムの寄生熱電対電圧が

キャンセル。 ハードウェア補償の主な欠点は、各熱電対が

別個の補償回路を追加して補償電圧を補正することができます。

回路のコストを増加させる。 通常の状況下では、ハードウェアの補償は有効ではありません

精度とソフトウェアの補償。


または、冷接点補償にソフトウェアを使用することもできます。 使用後

参照側の温度を測定するための直接読み取りセンサーを備えていれば、ソフトウェアは、

低電圧側の電圧の影響を排除するために、測定電圧に対する電圧値を測定する。 想起

(3)測定された電圧VMEASが電圧差を測定する(熱電対)

終端点と冷接点の間にある。


熱電対出力電圧は非常に非線形です。 ゼーベック係数は3

またはいくつかの熱電対の動作温度範囲内のより多くの要因。 したがって、

熱電対の電圧対温度曲線をモデル化するための多項式、またはルックアップを使用する

テーブルメソッド。


熱電対を機器に接続する

このセクションでは、NI cDAQ-9172バックプレーンとNI 9211 Cシリーズ熱電対モジュールを

例。 同様の手順は、熱電対を異なる機器に接続する場合にも適用できます

(図4参照)。


必要な設備:


NI CompactDAQ用DAQ-9172 8スロット高速USBバックプレーン

NI 9211 4チャンネル、14Sa / s、24ビット、∓80ミリボルト熱電対入力モジュール

J型熱電対


図4. NI CompactDAQシステム


NI 9211には、取り外し可能な10極のネジ留め式端子コネクタが装備されています。

最大4つの熱電対入力チャンネル。 各チャンネルには正の接続点があります

熱電対、TC +、および負端子TC-に接続します。 NI 9211には、

配線ポイント、COM。 通常、このポートはモジュールのリファレンス・グラウンドに内部接続されています

図5は各チャネルの配線割り当てを示し、図6は配線図を示します。

図5.端末割り当て

図6.接続図


測定結果を見る:NI LabVIEW


熱電対がテスト装置に接続されたので、LabVIEWグラフィカル

視覚化と分析のためにデータをコンピュータに転送するプログラミングソフトウェア。


図7は、LabVIEWプログラミングで測定された温度データを表示する例を示しています

環境。


追加:中国浙江省Shengzhou、Sanjiang工業区第3道路3号

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