Compensazione della giunzione fredda per trasmettitori di temperatura
Le persone che lavorano molto con le termocoppie potrebbero anche non sapere esattamente come funziona la giunzione fredda della termocoppia (riferimento). Per poter discutere della giunzione fredda, abbiamo prima bisogno di una breve comprensione della teoria delle termocoppie e di come funzionano le termocoppie.
Giunzione fredda o giunzione di riferimento
La termocoppia"giunzione fredda"è spesso indicato come il"giunzione di riferimento", ma secondo noi le persone usano il termine"giunzione fredda"più spesso .
Termocoppie comuni
Le termocoppie sono sensori di temperatura comuni nell'industria. Numerosi vantaggi delle termocoppie le rendono ampiamente utilizzate. Possono essere utilizzati per misurare temperature molto elevate, molto più elevate rispetto ai sensori di temperatura resistivi (RTD). Una termocoppia è anche un sensore molto potente, quindi non si romperà facilmente. Sebbene le termocoppie non siano precise quanto i sensori di temperatura resistivi, lo sono abbastanza in molte applicazioni.
Come funzionano le termocoppie
La termocoppia è costituita da due fili costituiti da diversi conduttori elettrici uniti insieme ad un'estremità (il"caldo"end), che è l'estremità utilizzata per misurare la temperatura. Come scoprì Thomas Johann Seebeck nel 1821, quando i punti di collegamento di questi fili sono esposti a temperature diverse, viene generata corrente termica, che crea un piccolo spazio tra i fili alle estremità aperte. Voltaggio. La tensione dipende dalla temperatura e dal materiale del filo utilizzato. Questo effetto si chiama"Effetto Seebeck".
Schema semplificato della termocoppia
"Materiali termocoppia 1 e 2"nella figura sopra rappresentano due diversi materiali utilizzati per le termocoppie."T1"è il giunto caldo della termocoppia, il punto in cui viene misurata la temperatura. Il due"TCJ"sono la temperatura del giunto freddo. A causa del gradiente di temperatura nel filo della termocoppia, tra i fili viene sempre generata una termotensione"caldo"E"Freddo"finisce. Quindi non è la giunzione che crea la tensione, è il gradiente di temperatura lungo il filo che crea la tensione. Ma la spiegazione secondo cui la tensione termica viene generata tra i terminali caldo e freddo è più facile da comprendere.
Tipi e materiali di termocoppie
Esistono molti tipi di termocoppie realizzate con materiali e leghe diversi. Materiali diversi determinano sensibilità diverse, producono tensioni termiche diverse alla stessa temperatura e possono influenzare altre proprietà. Sono stati standardizzati diversi tipi di termocoppie e vengono fornite designazioni per i materiali specificati utilizzati. Il nome è solitamente molto breve, di solito contiene solo una lettera, come K, R, S, J, K, ecc.
Termocoppie più comuni e loro materiali
Poiché termocoppie diverse sono realizzate con materiali diversi, anche le tensioni termoelettriche sono diverse, come mostrato nella figura seguente. Alla stessa temperatura, la tensione generata tra diversi tipi varia notevolmente.
Tensione termica della termocoppia
Coefficiente di Seebeck della termocoppia
Se si desidera misurare temperature più basse, i tipi più sensibili sono ovviamente migliori poiché forniscono tensioni più elevate e sono più facili da misurare. Ma se devi misurare temperature elevate, potresti scegliere alcuni tipi meno sensibili che possono essere utilizzati in condizioni di caldo estremo. Il coefficiente di Seebeck indica quanto varia la tensione della termocoppia rispetto alla temperatura. Il grafico sopra illustra le diverse sensibilità tra le diverse termocoppie e spiega anche perché i calibratori di termocoppie hanno spesso classi di precisione diverse per i diversi tipi di termocoppie.
fine fredda
Presentiamo uno schema semplificato della termocoppia che mostra due conduttori diversi collegati insieme creando termotensione "giunzione calda"connessione. A questo punto, la grande domanda che ti porrai dovrebbe essere:"dov'è l'altra estremità del filo?"Quando misuri la tensione dalla termocoppia, colleghi i fili dalla termocoppia al voltmetro. Il materiale di connessione del voltmetro è solitamente rame o rame placcato oro, quindi non è lo stesso del materiale della termocoppia, il che significa che crei due nuove termocoppie nella connessione del voltmetro!
Nel diagramma sopra, il Materiale 1 e il Materiale 2 sono i due materiali della termocoppia che formano la termocoppia. IL"estremità calda"è il punto in cui vengono saldati insieme, questo è il punto in cui viene misurata la temperatura del processo e il punto in cui viene generata la tensione U1. Questo U1 è ciò che vogliamo misurare. Al"giunzione fredda"punto, la termocoppia è collegata al voltmetro la cui connessione è realizzata in materiale diverso (Materiale 3). Finché questi diversi materiali si trovano alla stessa temperatura ambiente, le tensioni aggiuntive U2, U3 che generano non hanno alcun effetto sulla tensione termica complessiva. La tensione termica nella tabella degli indici è la tensione impostata generata dal gradiente termico dall'estremità calda all'estremità fredda quando l'estremità fredda è a 0°C. Tuttavia, nelle applicazioni pratiche, nella maggior parte dei casi la temperatura ambiente del trasmettitore di temperatura e del giunto freddo della termocoppia non è pari a 0°C. Pertanto, l'influenza della temperatura del giunto freddo deve essere rimossa quando si calcola la temperatura del giunto caldo utilizzando una tabella indice, chiamata anche compensazione del giunto freddo.
Metodo di compensazione della giunzione fredda
1. Metodo del bagno con punto di congelamento
Per loro natura, le giunzioni delle termocoppie non sviluppano alcuna tensione termica a 0°C (32°F). È quindi possibile collegare giunti freddi a quella temperatura, ad esempio in un bagno di congelamento o in un forno con calibrazione precisa della temperatura. Collegare i fili della termocoppia ai fili di rame nel bagno di congelamento senza generare tensione termica durante la connessione. Allora non devi preoccuparti della parte fredda. I collegamenti devono essere isolati elettricamente dall'acqua nel bagno di ghiaccio per evitare eventuali correnti di dispersione che potrebbero causare errori o possibile corrosione. Questo è un metodo molto preciso e viene solitamente eseguito dai laboratori di calibrazione. Nelle fabbriche questo non è molto pratico, quindi di solito non viene utilizzato nelle fabbriche.
2. Giunto freddo a temperatura fissa
Poiché i dissipatori di ghiaccio si sono rivelati poco pratici, è anche possibile eseguire la giunzione fredda a una temperatura nota e fissa. È possibile utilizzare una piccola scatola di giunzione dotata di un dispositivo di controllo della temperatura per mantenere la scatola di giunzione sempre ad una determinata temperatura. In genere, la temperatura è superiore a quella ambiente, quindi la scatola deve solo essere riscaldata, non raffreddata.
Conoscendo la temperatura sulla giunzione fredda e il tipo di termocoppia, è possibile calcolare e compensare la tensione termica sulla giunzione fredda. Molti dispositivi di misurazione o calibratori di temperatura hanno la capacità di inserire la temperatura della giunzione fredda e il dispositivo eseguirà tutti i calcoli e le compensazioni per te.
3. Compensazione automatica per la misurazione della temperatura del giunto freddo
Lasciare che sia lo strumento di misurazione a calcolare automaticamente. Il dispositivo di misurazione (trasmettitore, scheda di ingresso DCS) può misurare la temperatura del giunto freddo in qualsiasi momento e compensare automaticamente l'errore del giunto freddo online. Poiché il dispositivo di misurazione riconosce anche il tipo di termocoppia, la compensazione può essere eseguita automaticamente e continuamente.
Questo è necessariamente il modo più semplice e pratico per compensare le giunzioni fredde nelle normali misurazioni e calibrazioni, poiché non è necessario preoccuparsi del giunto freddo, ma lasciare che sia l'apparecchiatura a gestirlo.
Compensazione della giunzione fredda per NCS-TT106
I prodotti di trasmettitori di temperatura modulari di Microcyber Corporation includono tre accordi HART, Profibus PA e FF H1.
Supporta tutti i metodi di compensazione della giunzione fredda sopra menzionati ed esistono due metodi di compensazione automatica per misurare la temperatura della giunzione fredda. Puoi scegliere di utilizzare il sensore di temperatura integrato vicino al terminale di NCS-TT106 oppure puoi scegliere un sensore di temperatura con resistenza al platino esterno. La precisione di misurazione della temperatura del sensore di temperatura integrato è ±0,5 ℃ e quando è collegato il sensore di temperatura con resistenza al platino PT100 esterno, la precisione di misurazione della temperatura è ±0,15 ℃.
