Home / مقالات / دما / مشکلات رایج ترموکوپل
مشکلات رایج ترموکوپل

مشکلات رایج ترموکوپل

مشکلات رایج ترموکوپل

ترموکوپل یک جزء ساده و گسترده برای اندازه گیری دما است.

نظریه ترموکوپل

یک ترموکوپل ، که در شکل زیر نشان داده شده است ، از دو سیم فلزات متفاوت است که در یک انتها به هم وصل شده اند ، به نام اتصال اندازه گیری (“گرم”).

در انتهای دیگر،که سیمها به هم وصل نمی شوند ، به ردیف های مدار تهویه سیگنال متصل می شوند،که معمولاً از مس ساخته شده اند. این اتصال بین فلزات ترموکوپل و آثار مس به عنوان اتصال مرجع (“سرد”) نامیده می شود.

مشکلات رایج ترموکوپل

انواع ترموکوپل

مشکلات رایج ترموکوپل

مزایای استفاده از ترموکوپل ها

دامنه دما: اکثر محدوده دمای عملی ، از کرایوژنیک گرفته تا اگزوز موتور جت ، با استفاده از ترموکوپل ها قابل ارائه است. بسته به سیم های فلزی مورد استفاده ، یک ترموکوپل قادر به اندازه گیری دما در محدوده –200 درجه سانتیگراد تا + 2500 درجه سانتیگراد است.

مقاوم: ترموکوپل ها دستگاه های ناهمواری هستند که از شوک و لرزش در امان هستند و برای استفاده در محیط های خطرناک مناسب هستند. پاسخ سریع: از آنجا که آنها کوچک هستند و از ظرفیت حرارتی پایینی برخوردار هستند ، ترموکوپل ها به سرعت در برابر تغییرات دما واکنش نشان می دهند ، به خصوص اگر محل اتصال سنجش در معرض باشد. آنها می توانند به سرعت در حال تغییر دما در چند صد میلی ثانیه پاسخ دهند.

خنک کننده نبودن خود: از آنجا که ترموکوپل ها نیازی به تحریک انرژی ندارند ، مستعد گرم شدن خود نیستند و ذاتاً ایمن هستند.

معایب ترموکوپل ها:

تهویه پیچیده سیگنال: برای تبدیل ولتاژ ترموکوپل به یک خواندن درجه حرارت قابل استفاده ، شرط بندی سیگنال قابل توجهی ضروری است. به طور سنتی ، تهویه سیگنال برای جلوگیری از وارد کردن خطاهایی که باعث کاهش دقت می شوند ، نیاز به سرمایه گذاری زیادی در زمان طراحی دارد.

دقت: علاوه بر عدم دقت ذاتی در ترموکوپل ها به دلیل خاصیت متالورژیکی ، اندازه گیری ترموکوپل فقط به همان اندازه دقیق است که می توان درجه اتصال اتصالات مرجع را اندازه گیری کرد ، به طور سنتی در دمای 1 تا 2 درجه سانتیگراد.

حساسیت به خوردگی: از آنجا که ترموکوپل ها از دو فلز متفاوت هستند ، در بعضی از محیط ها خوردگی در طول زمان ممکن است باعث بدتر شدن دقت شود. از این رو ، ممکن است آنها به حمایت نیاز داشته باشند. مراقبت و نگهداری ضروری است.

حساسیت به نویز: هنگام اندازه گیری سیگنال سطح میکروولت ، سر و صدا از میدان های ولگرد الکتریکی و مغناطیسی می تواند یک مشکل باشد. پیچاندن جفت سیم ترموکوپل می تواند وانت میدان مغناطیسی را تا حد زیادی کاهش دهد. استفاده از کابل محافظ یا سیمهای در حال اجرا در مجرای فلزی و نگهبانی می تواند وانت میدان الکتریکی را کاهش دهد. دستگاه اندازه گیری باید فیلتر سیگنال را به صورت سخت افزاری یا نرم افزاری با رد شدید فرکانس خط (50 هرتز / 60 هرتز) و هارمونیک های آن فراهم کند.

مشکلات در اندازه گیری دما با ترموکوپل ها

به دلایل زیادی تبدیل ولتاژ حاصل از ترموکوپل به یک خواندن دقیق دما کار ساده ای نیست: سیگنال ولتاژ اندک است ، رابطه دما-ولتاژ غیرخطی است ، جبران اتصال اتصالی مورد نیاز است و ترموکوپل ها ممکن است مشکلات زمینگی را ایجاد کنند. بیایید این مسائل را یک به یک در نظر بگیریم.

سیگنال ولتاژ کوچک است

متداول ترین انواع ترموکوپل J ، K و T هستند. در دمای اتاق ، ولتاژ آنها به ترتیب در 52 میکرو ولت / درجه سانتی گراد ، 41μV / درجه سانتیگراد و 41 میکرو ولت بر درجه سانتی گراد تغییر می کند. سایر انواع کمتر متداول دارای تغییر ولتاژ حتی کوچکتر با دما هستند. این سیگنال کوچک قبل از تبدیل آنالوگ به دیجیتال نیاز به یک مرحله افزایش زیاد دارد. در جدول 1 حساسیت انواع ترموکوپل مختلف مقایسه شده است.

مشکلات رایج ترموکوپلاز آنجا که سیگنال ولتاژ اندک است ، مدار تهویه سیگنال به طور معمول نیاز به دستاوردهای حدود 100 یا بیشتر دارد – تهویه سیگنال نسبتاً ساده.

آنچه دشوارتر می شود ، تشخیص سیگنال واقعی از سر و صدای برداشت شده در محورهای ترموکوپل است. سربهای ترموکوپل طولانی هستند و غالباً از طریق محیط های پر سر و صدا برقی اجرا می شوند. سر و صدایی که در قسمتهای منتخب گرفته می شود به راحتی می تواند سیگنال ترموکوپل کوچک را تحت الشعاع قرار دهد.

دو روش برای استخراج سیگنال از سر و صدا معمولاً ترکیب می شوند. اولین استفاده از آمپلی فایر ورودی دیفرانسیل مانند تقویت کننده ابزار برای تقویت سیگنال است. از آنجا که بسیاری از سر و صدا در هر دو سیم (حالت معمول) ظاهر می شود ، اندازه گیری متفاوت آن را از بین می برد. دوم فیلتر کم گذر است که باعث حذف سر و صدای خارج از باند می شود. فیلتر کم گذر باید هر دو تداخل با فرکانس رادیویی (بالاتر از 1 مگاهرتز) را که ممکن است باعث اصلاح در تقویت کننده شود و 50 هرتز / 60 هرتز (منبع تغذیه) را حذف کند ، از بین ببرد.

مهم است که فیلتر را برای تداخل فرکانس رادیویی قبل از تقویت کننده قرار دهید (یا از یک تقویت کننده با ورودی های فیلتر شده استفاده کنید). محل فیلتر 50 هرتز / 60 هرتز اغلب حیاتی نیست. می توان آن را با فیلتر RFI ترکیب کرد ، بین آمپلی فایر و ADC قرار داده شده ، به عنوان بخشی از ADC سیگما دلتا ، یا در نرم افزار برنامه ریزی شده است. به عنوان یک فیلتر متوسط.

جبران اتصالات مرجع:

دمای اتصالات مرجع ترموکوپل باید بدست آید تا خوانایی دقیق با دمای مطلق داشته باشد. هنگامی که برای اولین بار از ترموکوپل ها استفاده شد ، این کار با نگه داشتن محل اتصال مرجع در حمام یخ انجام می شود. در زیر شکل مدار ترموکوپل با یک انتها در دمای نامعلوم و انتهای دیگر در حمام یخ (0 درجه سانتیگراد) به تصویر کشیده شده است. این روش برای توصیفی جامع از انواع مختلف ترموکوپل استفاده می شد ، بنابراین تقریباً در تمام جداول ترموکوپل از 0 درجه سانتیگراد به عنوان درجه حرارت مرجع استفاده می شود.

مشکلات رایج ترموکوپل

اما نگه داشتن محل اتصال مرجع ترموکوپل در حمام یخ برای اکثر سیستم های اندازه گیری عملی نیست. در عوض ، اکثر سیستم ها از تکنیکی به نام جبران اتصال استفاده می کنند (همچنین به عنوان جبران اتصال سرد شناخته می شود) درجه حرارت اتصال مرجع با یک دستگاه حساس به دما دیگر اندازه گیری می شود – به طور معمول یک IC ، ترمیستور ، دیود یا RTD (آشکارساز دما).

خواندن ولتاژ ترموکوپل پس از آن جبران می شود تا دمای اتصال مرجع را منعکس کند. مهم است که اتصالات مرجع تا حد امکان با دقت خوانده شود – با یک سنسور دما دقیق که در همان درجه حرارت به عنوان اتصال مرجع نگهداری می شود. هر گونه خطا در خواندن دمای اتصال مرجع ، مستقیماً در خواندن ترموکوپل نهایی نشان داده می شود.

سنسورهای مختلفی برای اندازه گیری دمای مرجع در دسترس هستند:

  • Thermistors: آنها پاسخ سریع و یک بسته کوچک دارند. اما آنها به خطی شدن نیاز دارند و از دقت بالایی برخوردارند ، به خصوص در محدوده دمای وسیع. آنها همچنین برای تحریک به جریان نیاز دارند ، که می تواند خود گرمایی کند و منجر به رانش شود. دقت كلی سیستم ، هنگامی كه با تهویه سیگنال همراه باشد ، می تواند ضعیف باشد.
  • آشکارسازهای دما (RTD) مقاومت: RTD ها دقیق ، پایدار و منطقی هستند ، اما اندازه و هزینه بسته استفاده آنها را برای کنترل برنامه ها کنترل می کند.

  • دیودهای حرارتی از راه دور: از یک دیود برای احساس دما در نزدیکی کانکتور ترموکوپل استفاده می شود. یک تراشه تهویه ، ولتاژ دیود ، متناسب با دما را به یک خروجی آنالوگ یا دیجیتال تبدیل می کند. دقت آن در حدود 1 درجه پوند محدود شده است

  • سنسور دمای یکپارچه دما: یک سنسور دما یکپارچه ، یک آی سی مستقل که درجه حرارت را به صورت محلی حس می کند ، باید با دقت نزدیک به محل اتصال مرجع نصب شود ، و می تواند جبران اتصال و تهویه سیگنال را ترکیب کند. دقت در فراکسیونهای کوچک 1 درجه سانتیگراد حاصل می شود.

سیگنال ولتاژ غیرخطی است

شیب پاسخ منحنی ترموکوپل بیش از دما تغییر می کند. به عنوان مثال ، در 0 درجه سانتی گراد یک خروجی ترموکوپل از نوع T در 39 میکرو ولت بر درجه سانتی گراد تغییر می کند ، اما در 100 درجه سانتی گراد ، شیب به 47 میکرو ولت بر درجه سانتی گراد افزایش می یابد.

سه روش معمول برای جبران غیرخطی بودن ترموکوپل وجود دارد. بخشی از منحنی را که نسبتاً مسطح است انتخاب کنید و از این شیب به عنوان خطی در این منطقه تقریبی برخوردار شوید – رویکردی که به خصوص برای اندازه گیری در یک محدوده دمای محدود کار می کند. نیازی به محاسبات پیچیده نیست. یکی از دلایل محبوب بودن ترموکوپلهای K- و J این است که هر دوی آنها دارای کشش زیاد دما هستند که شیب افزایشی حساسیت (ضریب Seebeck) نسبتاً ثابت باقی مانده است (شکل زیر را ببینید).

مشکلات رایج ترموکوپل

از شکل بالا – تغییر حساسیت به ترموکوپل با دما. توجه داشته باشید که ضریب Seebeck از نوع K تقریباً در حدود 41 میکرو ولت / درجه سانتی گراد از 0 درجه سانتیگراد تا 1000 درجه سانتی گراد ثابت است. روش دیگر ذخیره جدول در حافظه است که هرکدام از مجموعه های ولتاژ ترموکوپل را با دمای مربوطه مطابقت می دهد.

سپس از درون یابی خطی بین دو نزدیکترین جدول در جدول استفاده کنید تا مقادیر دما دیگری دریافت کنید. رویکرد سوم استفاده از معادلات مرتبه بالاتر است که الگوی رفتار ترموکوپل است. در حالی که این روش دقیق ترین است ، اما از لحاظ محاسباتی نیز بیشترین فشرده است. برای هر ترموکوپل دو مجموعه معادله وجود دارد. یک مجموعه دما را به ولتاژ ترموکوپل تبدیل می کند (برای جبران اتصال اتصال مرجع). مجموعه دیگر ولتاژ ترموکوپل را به دما تبدیل می کند.

Check Also

اشنایی با واحد دما

آشنایی با واحد های دما

8  واحد درجه حرارت که ممکن است آنها را بشناسید یا ممکن است آنها را …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

کمک نیاز دارید? چت از طریق واتساپ