Vergleichsstellenkompensation für Temperaturtransmitter
Menschen, die viel mit Thermoelementen arbeiten, wissen möglicherweise auch nicht genau, wie die Vergleichsstelle des Thermoelements (Referenz) funktioniert. Um die Vergleichsstelle diskutieren zu können, benötigen wir zunächst ein kurzes Verständnis der Thermoelementtheorie und der Funktionsweise von Thermoelementen.
Kaltstelle oder Referenzstelle
Das Thermoelement"Kaltstelle"wird oft als bezeichnet"Referenzstelle", aber unserer Meinung nach verwenden die Leute den Begriff"Kaltstelle"öfters .
Gängige Thermoelemente
Thermoelemente sind gängige Temperatursensoren in der Industrie. Mehrere Vorteile von Thermoelementen machen sie weit verbreitet. Mit ihnen können sehr hohe Temperaturen gemessen werden, die weit über denen von Widerstandstemperatursensoren (RTDs) liegen. Ein Thermoelement ist außerdem ein sehr starker Sensor, sodass es nicht so leicht zerbricht. Obwohl Thermoelemente nicht so genau sind wie Widerstandstemperatursensoren, sind sie für viele Anwendungen doch genau genug.
Wie Thermoelemente funktionieren
Ein Thermoelement besteht aus zwei Drähten aus unterschiedlichen elektrischen Leitern, die an einem Ende miteinander verbunden sind"heiß"Ende), welches das Ende ist, das zur Messung der Temperatur verwendet wird. Wie Thomas Johann Seebeck im Jahr 1821 entdeckte, entsteht thermischer Strom, wenn die Verbindungsstellen dieser Drähte unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt werden, wodurch an den offenen Enden kleine Lücken zwischen den Drähten entstehen. Stromspannung. Die Spannung hängt von der Temperatur und dem Material des verwendeten Drahtes ab. Dieser Effekt wird aufgerufen"Seebeck-Effekt".
Vereinfachtes Schema eines Thermoelements
"Thermoelementmaterialien 1 und 2"in der obigen Abbildung stellen zwei verschiedene Materialien dar, die für Thermoelemente verwendet werden."T1"ist die heiße Verbindungsstelle des Thermoelements, der Punkt, an dem die Temperatur gemessen wird. Die Zwei"TCJ"sind die Temperatur der Kaltstelle. Aufgrund des Temperaturgefälles im Thermoelementdraht wird zwischen den Thermoelementen stets eine Thermospannung erzeugt"heiß"Und"kalt"endet. Es ist also nicht die Verbindungsstelle, die die Spannung erzeugt, sondern der Temperaturgradient entlang des Drahtes, der die Spannung erzeugt. Die Erklärung, dass zwischen den heißen und kalten Anschlüssen Thermospannung entsteht, ist jedoch einfacher zu verstehen.
Thermoelementtypen und Materialien
Es gibt viele Arten von Thermoelementen, die aus unterschiedlichen Materialien und Legierungen hergestellt werden. Unterschiedliche Materialien führen zu unterschiedlichen Empfindlichkeiten, erzeugen bei gleicher Temperatur unterschiedliche Thermospannungen und können andere Eigenschaften beeinflussen. Mehrere unterschiedliche Thermoelementtypen wurden standardisiert und für die verwendeten Materialien werden Bezeichnungen angegeben. Der Name ist normalerweise sehr kurz und besteht normalerweise nur aus einem Buchstaben, z. B. K, R, S, J, K usw. Typ.
Die gebräuchlichsten Thermoelemente und ihre Materialien
Da unterschiedliche Thermoelemente aus unterschiedlichen Materialien bestehen, sind auch die Thermospannungen unterschiedlich, wie in der Abbildung unten dargestellt. Bei gleicher Temperatur variiert die erzeugte Spannung zwischen verschiedenen Typen stark.
Thermospannung des Thermoelements
Seebeck-Koeffizient eines Thermoelements
Wenn Sie niedrigere Temperaturen messen möchten, sind die empfindlicheren Typen offensichtlich besser, da sie höhere Spannungen liefern und einfacher zu messen sind. Wenn Sie jedoch hohe Temperaturen messen müssen, möchten Sie möglicherweise einige weniger empfindliche Typen wählen, die bei extremer Hitze verwendet werden können. Der Seebeck-Koeffizient gibt an, wie stark sich die Spannung des Thermoelements in Abhängigkeit von der Temperatur ändert. Die obige Grafik veranschaulicht die unterschiedlichen Empfindlichkeiten verschiedener Thermoelemente und erklärt auch, warum Thermoelementkalibratoren häufig unterschiedliche Genauigkeitsklassen für verschiedene Thermoelementtypen haben.
kaltes Ende
Wir präsentieren ein vereinfachtes Thermoelementschema, das zwei unterschiedliche Leiter zeigt, die miteinander verbunden sind und eine Thermospannung erzeugen "heiße Verbindung"Verbindung. An diesem Punkt sollte die große Frage sein, die Sie stellen werden:"Wo ist das andere Ende des Kabels?"Wenn Sie die Spannung eines Thermoelements messen, verbinden Sie die Drähte des Thermoelements mit dem Voltmeter. Das Voltmeter-Verbindungsmaterial ist normalerweise Kupfer oder vergoldetes Kupfer, es ist also nicht dasselbe wie das Thermoelement-Material, was bedeutet, dass Sie zwei neue Thermoelemente im Voltmeter-Anschluss erstellen!
Im Diagramm oben sind Material 1 und Material 2 die beiden Thermoelementmaterialien, aus denen das Thermoelement besteht. Der"heißes Ende"ist der Punkt, an dem sie zusammengelötet werden, der Punkt, an dem die Temperatur des Prozesses gemessen wird und der Punkt, an dem die Spannung U1 erzeugt wird. Dieses U1 wollen wir messen. Bei der"Kaltstelle"An diesem Punkt ist das Thermoelement mit einem Voltmeter verbunden, dessen Anschluss aus einem anderen Material besteht (Material 3). Solange diese unterschiedlichen Materialien die gleiche Umgebungstemperatur haben, haben die von ihnen erzeugten Zusatzspannungen U2, U3 keinen Einfluss auf die Gesamtthermospannung. Die Thermospannung in der Indextabelle ist der Spannungssatz, der durch den Wärmegradienten vom heißen Ende zum kalten Ende erzeugt wird, wenn das kalte Ende 0 °C beträgt. In praktischen Anwendungen beträgt die Umgebungstemperatur des Temperaturtransmitters und der Vergleichsstelle des Thermoelements jedoch in den meisten Fällen nicht 0 °C. Daher muss der Einfluss der Kaltstellentemperatur bei der Berechnung der Heißstellentemperatur mithilfe einer Indextabelle, die auch als Kaltstellenkompensation bezeichnet wird, eliminiert werden.
Vergleichsstellenkompensationsmethode
1. Gefrierpunktbadmethode
Thermoelementverbindungen entwickeln naturgemäß bei 0 °C (32 °F) keine thermische Spannung. So können Sie Vergleichsstellen bei dieser Temperatur anschließen, beispielsweise in einem Gefrierpunktbad oder in einem Ofen zur präzisen Temperaturkalibrierung. Verbinden Sie Thermoelementdrähte mit Kupferdrähten im Gefrierpunktbad, ohne dass beim Anschluss Thermospannung entsteht. Dann müssen Sie sich um das kalte Ende keine Sorgen machen. Die Anschlüsse müssen elektrisch vom Wasser im Eisbad isoliert sein, um Leckströme zu vermeiden, die zu Fehlern oder möglicher Korrosion führen könnten. Dies ist eine sehr präzise Methode und wird in der Regel von Kalibrierlaboren durchgeführt. In Fabriken ist dies nicht sehr praktisch und wird daher in Fabriken normalerweise nicht verwendet.
2. Vergleichsstelle bei fester Temperatur
Da sich Eissenken als unpraktisch erwiesen haben, können Sie die Kaltverbindung auch bei einer bekannten, festen Temperatur durchführen. Es kann eine kleine Anschlussdose verwendet werden, die über eine Temperaturregelung verfügt, um die Anschlussdose jederzeit auf einer bestimmten Temperatur zu halten. Normalerweise ist die Temperatur höher als die Umgebungstemperatur, sodass die Box nur erwärmt und nicht gekühlt werden muss.
Wenn Sie die Temperatur an der Vergleichsstelle und den Typ des Thermoelements kennen, können Sie die Thermospannung an der Vergleichsstelle berechnen und kompensieren. Viele Messgeräte oder Temperaturkalibratoren verfügen über die Möglichkeit, die Vergleichsstellentemperatur einzugeben, und das Gerät übernimmt alle Berechnungen und Kompensationen für Sie.
3. Automatische Kompensation zur Messung der Kaltstellentemperatur
Überlassen Sie die automatische Berechnung dem Messgerät. Das Messgerät (Transmitter, DCS-Eingangskarte) kann jederzeit die Vergleichsstellentemperatur messen und den Vergleichsstellenfehler automatisch online kompensieren. Da das Messgerät auch den Typ des Thermoelements kennt, kann die Kompensation automatisch und kontinuierlich durchgeführt werden.
Dies ist zwangsläufig die einfachste und praktischste Möglichkeit, Vergleichsstellen bei normalen Messungen und Kalibrierungen zu kompensieren, da Sie sich nicht um die Vergleichsstelle kümmern müssen, sondern das Gerät damit umgehen lassen müssen.
Vergleichsstellenkompensation für NCS-TT106
Zu den modularen Temperaturtransmitterprodukten der Microcyber Corporation gehören die drei Vereinbarungen HART, PROFIBUS PA und FF H1.
Unterstützt alle oben genannten Vergleichsstellenkompensationsmethoden, und es gibt zwei Methoden der automatischen Kompensation zur Messung der Vergleichsstellentemperatur. Sie können den integrierten Temperatursensor in der Nähe des Anschlusses des NCS-TT106 verwenden oder einen externen Platin-Widerstandstemperatursensor verwenden. Die Temperaturmessgenauigkeit des eingebauten Temperatursensors beträgt ±0,5 °C, und wenn der externe PT100-Platin-Widerstandstemperatursensor angeschlossen ist, beträgt die Temperaturmessgenauigkeit ±0,15 °C.
