推荐厂家
暂无
暂无
[color=#990000]摘要:针对温度跟踪控制中存在热电堆信号小致使控制器温度跟踪控制精度差,以及热电阻形式的温度跟踪控制中需要额外配置惠斯特电桥进行转换的问题,本文提出相应的解决方案。解决方案的核心是采用一个多功能的超高精度PID控制器,具有24AD和16位DA,可大幅提高温差热电堆跟踪温度控制精度。同时,此PID控制器具有远程设定点功能,两个热电阻温度传感器可直接接入控制器就能实现相应的温度自动跟踪控制。由此仅通过一个超高精度PID控制器,可实现热电偶和热电阻形式的高精度温度跟踪控制。[/color][align=center][img=高精度温度跟踪控制,600,330]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/01/202301051642301750_9704_3221506_3.jpg!w690x380.jpg[/img][/align][size=18px][color=#990000][b]1. 问题的提出[/b][/color][/size] 在一些工业领域和热分析仪器领域内,常会用到温度自动跟踪功能,以达到以下目的: (1)保证温度均匀性:如一些高精度加热炉和半导体圆晶快速热处理炉等,为实现一定空间或面积内的温度均匀,一般会采取分区加热方式,即辅助加热区的温度会自动跟踪主加热区。 (2)绝热防护:在许多热分析仪器中,如绝热量热仪、热导率测试仪和量热计等,测试模型要求绝热边界条件。这些热分析仪器往往会采取等温绝热方式手段,由此来实现比采用隔热材料的被动绝热方式更高的测量精度。 自动温度跟踪功能的使用往往意味着要实现快速和准确的温度控制,其特征是具有多个温度传感器和加热器,其中温差探测器多为电压信号输出的热电偶和电阻输出的热电阻形式。对于采用这两种温差探测器的温度跟踪控制,在具体实施过程中还存在以下两方面的问题: (1)在以热电堆为温差传感器的跟踪温度控制过程中,往往会用多只热电偶构成热电堆来放大,N对热电偶组成的热电堆会将温差信号放大N倍,但即使放大了温差信号,总的温差信号对应的输出电压也是非常小。如对于K型热电偶,1℃温差对应40uV的电压信号,若使用10对K型热电偶组成温差热电堆,则1℃温差时热电堆只有400uV的电压信号输出。对于如此小的电压值作为PID控制器的输入信号,若要实现小于0.1℃的温度跟踪控制,一般精度的PID控制器很难实现高精度,因此必须采用更高精度的PID控制器。 (2)在以热电阻测温形式的跟踪温度控制过程中,情况将更为复杂,一般是采用复杂的惠斯登电桥(wheatstonebridge)将两只热电阻温度传感器的电阻差转换为电压信号,再采用PID控制器进行跟踪控制。但这样一方面是增加额外的电桥仪表,另一方面同样要面临普通PID控制器精度不高的问题。 为此,针对上述温度跟踪控制中存在的上述问题,本文将提出相应的解决方案。解决方案的核心是采用一个多功能的超高精度PID控制器,具有24AD和16位DA,可大幅提高温差热电堆跟踪温度控制精度。同时,此PID控制器具有远程设定点功能,两个热电阻温度传感器可直接接入控制器就能实现相应的温度自动跟踪控制。由此通过一个超高精度PID控制器,可实现热电偶和热电阻形式的高精度温度跟踪控制。[b][size=18px][color=#990000]2. 解决方案[/color][/size][/b] 为了实现热电堆和热电阻两种测温形式的温度跟踪控制,解决方案需要解决两个问题: (1)高精度的PID控制器,可检测由多只热电偶组成的温差热电堆输出小信号。 (2)不使用电桥仪器,直接采用PID控制器连接两只热电阻温度传感器进行跟踪控制。 为解决温度跟踪控制中的上述两个问题,解决方案将采用VPC-2021系列多功能超高精度的PID控制器。此控制器的外观和背面接线图如图1所示。[align=center][img=,600,177]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/01/202301051656426331_2008_3221506_3.jpg!w690x204.jpg[/img][/align][align=center][b][color=#990000]图1 VPC 2021系列多功能超高精度PID控制器[/color][/b][/align] 针对温度跟踪控制,VPC 2021系列多功能超高精度PID程序控制器的主要特点如下: (1)24位AD,16位DA,双精度浮点运算,最小输出百分比为0.01%。 (2)可连接模拟电压小信号,可连接各种热电偶,可连接各种铂电阻和热敏电阻温度传感器,共有多达47种输入信号形式。 (3)具备远程设定点功能,即将外部传感器信号直接作为设定点来进行自动控制。 对于由热电偶组成的热电堆温差探测器形式的温度跟踪控制,具体接线形式如图2所示。[align=center][color=#990000][b][img=温差热电堆控制器接线图,500,194]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/01/202301051643371408_3010_3221506_3.jpg!w690x268.jpg[/img][/b][/color][/align][align=center][b][color=#990000]图2 温差热电堆控制器接线图[/color][/b][/align] 图2是典型的温差热电堆控制器接线形式,其中用了两只或多只热电偶构成的热电堆检测物体AB之间的温差,温差信号(电压)直接连接到PID控制器的主输入端,PID控制器调节物体B的加热功率,使温差信号始终保持最小(近似零),从而实现物体B的温度始终跟踪物体A。 对于由热电阻温度传感器形式构成的温度跟踪控制,具体接线形式如图3所示。这里用了控制器的远程设定点功能,这时需要物体AB上分别安装两只热电阻温度计,其中物体B上的热电阻(两线制或三线制)连接到PID控制器的主输入端作为控制传感器,物体A上的热电阻(与物体B热电阻制式保持相同)连接到PID控制器的辅助输入端作为远程设定点传感器,由此实现物体B的温度调节始终跟踪物体A的温度变化。[align=center][img=热电阻温度传感器控制器接线图,500,195]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/01/202301051644317319_3570_3221506_3.jpg!w690x270.jpg[/img][/align][align=center][b][color=#990000]图3 热电阻温度传感器控制器接线图[/color][/b][/align][b][color=#990000][size=18px]3. 总结[/size][/color][/b] 高精度的温度跟踪控制一直以来都是一个技术难点,如对于热电偶组成的温差热电堆温度跟踪控制,若采用普通精度的PID控制器还有实现高精度的温度跟踪控制,通常需要增加外围辅助技术手段,一是通过增加热电偶对数来增大温差电压信号,但这种方式工程实现难度较大且带来导线漏热问题,二是采用较高品质的直流信号放大器对温差电压信号进行放大,这同时增加了控制设备的复杂程度和造价。 对于采用热电阻温度传感器进行温度跟踪控制,以往的实现方法是采用复杂的惠斯登电桥(wheatstone bridge)将两只热电阻温度传感器的电阻差转换为电压信号,这同样增加了控制设备的复杂程度和造价。 由此可见,采用VPC 2021系列多功能超高精度PID调节器,可直接与相应的温度传感器进行连接,简化了温度跟踪控制的实现难度和装置的体积,更主要的是超高精度的数据采集和控制可大幅提高温度跟踪的控制精度。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~[/align][align=center][/align][align=center][/align]
热电偶应用指南 Thermocouple Application Note热电偶是一种流行的温度传感器。便宜,可互换,标准连接器以及较大的温度测量范围,主要的限制是精度,很难获得小于1°C的系统误差。工作原理 How they work1822年,一位名叫托马斯 塞贝克的爱沙尼亚内科医生意外发现了两段金属的连接端产生了电压。热电偶便是基于这种塞贝克效应的。虽然任意两种金属就可以做成一个热电偶,但是还是会采用许多标准的型号,因为它们拥有超前的电压输出和较大的温度梯度下面的图表显示的是最常用的K型热电偶 附表显示了在任意温度下热电偶所产生的电压,以上图为例,K型热电偶在300°C时可产生12.2mV电压。但是不可以简单的在热电偶上连接电压表进行测量,因为与电压表连接会产生第二个不希望得到的热电偶结点。为了得到较为精确的测量值,必须采用冷端补偿技术(CJC)。你可能会问为什么在热电偶上连接一个电压表不会产生一些附加的热电偶结点(与热电偶连接的引线,与电压表连接的引线,电压表内部引线等等) 热电偶中间导体定律描述到:热电偶回路中,接入第三导体,只要第三种导体的两个接头温度相同,则回路中的总热电势不变。该定律对于热电偶的结点结构来说也是非常重要的,热电偶的结点连接可以采用焊接的方式,只要保证焊锡不会影响测量读数。实际上,尽管热电偶结点都是采用熔接的方式的(通常是采用电容性放电的方式)这样可以保证热电偶的性能不会因熔接点而受到影响。所有标准的热电偶表格都允许有第二个热电偶结点,只要这个结点是在0°C的情况下。 传统的做法是把该结点放置在冰水融合物中(冷端补偿)采用冰水融合物并不是对大部分的测量设备和应用场合都是适用的,所以需要把热电偶与测量设备的连接点温度记录下来。典型地,冷端温度是由一个高精度的热敏电阻来传感的,这个热敏电阻与测量的设备之间有很好的热传导关系从第三导体与热电偶之间的结点与热电偶本身的结点的测量值可以计算出热电偶末端的确切温度。对于少部分的设备来说,CJC技术由一个半导体温度传感器来实现。这种方法把热电偶的信号与半导体直接相连,最终就可以直接获得准确的测量值,而不需要去记录两个温度再进行计算。理解冷端补偿技术是非常重要的;任何冷端温度测量所产生的误差都会导致热电偶末端测量温度的误差。线性化 Linearisation如采用CJC技术一样,测量设备必须还要考虑到热电偶输出非线性这个事实。热电偶测量温度与输出电压的关系是一个复杂的多项式方程(复杂程度取决于热电偶的类型)类似的线性化方法被用在低成本的热电偶仪表上。高精度的设备,例如Pico TC-08,在计算机内存里已经存储了相关的热电偶查询表格,可自动消除这种非线性问题所带来的误差。热电偶类型 Thermocouples type热电偶可以是裸线式的焊珠热电偶,此类型具有低成本和快速相应时间的特点;也可以是探头式的热电偶。多种探头式的热电偶适合不同类型的测量设备(工业,科研,食品,医药等等)需要提醒的一点是:在选用探头时要首先确定它们具有相匹配的连接头。两种常用的接头类型是标准的圆形插脚接头和小型的平式插脚接头,这导致了一些误会就是:以为小型的接头会比标准的接头更加流行。选择一个热电偶需要考虑热电偶的类型以及绝缘层和探头的结构。所有的这些因素都会给温度的测量范围,测量进度和读数的准确度带来影响。以下显示的是热电偶的类型列表。K型热电偶(铬镍合金/镍铝合金) Type K (Chromel / Alumel)K型热电偶是一种多功能的热电偶。除了成本较低之外,由于它使用的普遍性,K型热电偶还广泛的在各种探头中使用。K型热电偶可以在-200°C到1200°C的范围内使用。灵敏度约为41 µ V/°C。除特殊情况,一般都选用K型热电偶。E型热电偶(铬镍合金/镍铝合金) Type E (Chromel / Constantan)E型热电偶具有较高的输出(68 µ V/°C),这非常适用于低温度的测量。(低温)另一个特性是它没有磁性。J型热电偶(铁制/铜镍合金) Type J (Iron / Constantan)J型热电偶不及K型的使用得普遍,因为它的测量范围限制在-40°C到750°C之间。最主要的应用场合是某些不能适应新热电偶的就设备。 J型热电偶不可在760°C以上使用因为阶跃的磁性变换会导致永久性减低热电偶的测量精度。N型热电偶(Nicrosil/Nisil) Type N (Nicrosil / Nisil)高稳定性能与抗高温氧化性能使得N型热电偶适用于高温测量而不用使用昂贵的白金型热电偶(B,R,S型)N型热电偶作为一种改良型的K型热电偶,将会得到更加广泛的使用。B,R,S型热电偶是昂贵金属热电偶,并具有与N型相类似的特性。它们是最稳定的热电偶,但是因为它们的灵敏度较低(约10 µ V/°C),所以通常仅被使用在高温测量的环境中(300°C)。B型热电偶(白金/金铑) Type B (Platinum / Rhodium)适用于高达1800°C的温度测量。通常B型热电偶会在0°C与42°C有相同的输出(取决于它们的温度/电压特性曲线的形状)这使得不可用于50°C以下的温度测量。R型热电偶(白金/金铑) Type R (Platinum / Rhodium)适用于高达1600°C的温度测量。较低的灵敏度(10 µ V/°C)以及较高的成本使得它们不能够被普遍的使用。S型热电偶(白金/金铑) Type S (Platinum / Rhodium)适用于高达1600°C的温度测量。低灵敏度(10 µ V/°C)和较高的成本使得它们不能够被普遍的应用。但是由于它的高稳定性,S型热电偶通常被用于黄金熔点(1064.43°C)的标准测量。在选用热电偶的型号时,必须先确定你所使用的设备在相应的测量温度范围上没有被限制。以下的列表显示了8通道Pico TC-08所能测量的温度范围。 注意低灵敏度的热电偶(B,S与R型)同时也有较低的分辨率类型 测量范围°C0.1°C 分辨率0.025°C 分辨率B20 to 1820150 to 1820600 to 1820E-270 to 910-270 to 910-260 to 910J-210 to 1200-210 to 1200-210 to 1200K-270 to 1370-270 to 1370-250 to 1370N-270 to 1300-260 to 1300-230 to 1300R-50 to 1760-50 to 176020 to 1760S-50 to 1760-50 to 176020 to 1760
我翻了所有有关热电偶的资料,都没有关于其精度为0。1度的描述,请问版主是否知道其精度?意大利有个叫MILESTONE的到处在外面宣传,号称其可以测量温度可以达到0。1度,我总觉得有点悬。就象小贝说咱们中国人煮婴儿做肥料的言论一样,你认为如何?