巡檢儀在K型模式下讀取N型熱電偶的結果處理

劉魏魏

摘要：鎳鉻硅-鎳硅熱電偶（N型熱電偶）為廉金屬熱電偶，是一種最新國際標準化的熱電偶，是在70年代初由澳大利亞國防部實驗室研制成功的它克服了K型熱電偶的兩個重要缺點：K型熱電偶在300～500℃間由于鎳鉻合金的晶格短程有序而引起的熱電動勢不穩(wěn)定;在800℃左右由于鎳鉻合金發(fā)生擇優(yōu)氧化引起的熱電動勢不穩(wěn)定。正極（NP）的名義化學成分為：Ni：Cr：Si=84.4：14.2：1.4，負極（NN）的名義化學成分為：Ni：Si：Mg=95.5：4.4：0.1，其使用溫度為-200～1300℃。N型熱電偶是為了提高K型熱電偶性能而研制出的一種綜合性能更好、更穩(wěn)定的熱電偶，因此，本文進行了巡檢儀在K型模式下讀取N型熱電偶的結果處理。

關鍵詞：N型熱電偶;K型熱電偶;巡檢儀;結果處理

1熱電極合金的成份與性能

1.1熱電極的化學成份

N型熱電偶的正極與K型熱電偶的正極一樣都是一種Ni/Cr/Si合金，但N型偶正極（NP）銘及硅的含量較K型偶的正極（KP）有所增加。就因為銘含量的増加，消除了K型偶在400。C，600。C范圍內(nèi)的時效影響因為Cr量為14%～16%的NiCr合金，其室溫電阻變化最小，在該成份范圍內(nèi)的短程有序轉變及自旋現(xiàn)象較小Cr含量對NiCr合金熱電勢穩(wěn)定性的影響，而増加硅的含量是為了改善高溫抗氧化能力，使鑲銘合金的氧化模式由內(nèi)氧化轉變?yōu)橥庋趸潦寡趸磻獌H在表面進行叫Si含量對NiCr合金熱電勢的影響見。

1.2.物理性能和機械性能

由于良好的物理性能將使熱電偶保持長期的電勢穩(wěn)定性及復現(xiàn)性。良好的機械性能將使熱電偶便于冷加工。K型熱電偶與N型熱電偶的電阻比與溫度的比例關系.從表中我們看到：N型熱電偶配對合金（NP-NN）的電阻比隨溫度的升高變化明顯比K型熱電偶配對合金（KP-KN）小，使N型熱電偶在磁性方面的影響較K型小得多回。這也是為什么N型電偶比K型熱電偶更穩(wěn)定，較似于線性的函數(shù)關系更好的原因。從而在運行中采取了巡檢儀在K型模式下讀取N型熱電偶的處理。

2測試原理

巡檢儀熱電偶是一種使用最多的溫度傳感器，K型模式下讀取N型熱電偶的原理是基于塞貝克效應，即兩種不同的導體或半導體A或B組成一個回路，其兩端相互連接，只要兩節(jié)點處的溫度不同，一端溫度為T，另一端溫度為T0，則回路中就有電流產(chǎn)生，見圖1（a），即回路中存在電動勢，該電動勢被稱為熱電勢。

兩種不同導體或半導體的組合被稱為熱電偶。

當回路斷開時，在斷開處a，b之間便有一電動勢ET，其極性和量值與回路中的熱電勢一致，見圖1（b），并規(guī)定在冷端，當電流由A流向B時，稱A為正極，B為負極。實驗表明，當ET較小時，熱電勢ET與溫度差（T-T0）成正比，即：

ET=SAB（T-T0）（1）

SAB為塞貝克系數(shù)，又稱為熱電勢率，它是熱電偶的最重要的特征量，其符號和大小取決于熱電極材料的相對特性。

熱電偶的基本定律：

（1）均質導體定律

由一種均質導體組成的閉合回路，不論導體的截面積和長度如何，也不論各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。

（2）中間導體定律

用K型模式和N型熱電偶組成熱電偶測量時，在測溫回路中必須通過連接導線接入儀表測量溫差電勢EAB（T，T0），而這些導體材料和K型模式和N型熱電偶的材料往往并不相同。在這種引入了中間導體的情況下，回路中的溫差電勢是否發(fā)生變化呢？熱電偶中間導體定律指出：在熱電偶回路中，只要中間導體C兩端溫度相同，那么接入中間導體C對熱電偶回路總熱電勢EAB（T，T0）沒有影響。

（3）中間溫度定律

熱電偶的兩個結點溫度為T1，T2時，熱電勢為EAB（T1，T2）;兩結點溫度為T2，T3時，熱電勢為EAB（T2，T3），那么當兩結點溫度為T1，T3時的熱電勢則為

EAB（T1，T2）+EAB（T2，T3）=EAB（T1，T3）（2）

式（2）就是中間溫度定律的表達式。譬如：T1=100℃，T2=40℃，T3=0℃，則

EAB（100，40）+EAB（40，0）=EAB（100，0）（3）

3實驗內(nèi)容與操作步驟

3.1選擇智能調(diào)節(jié)儀“控制對象”為溫度，并將溫度設定值設定在1200C，在溫度源內(nèi)插入測溫Pt，并接入智能調(diào)節(jié)儀，在另一個溫度傳感器插孔中插入K型熱電偶溫度傳感器進行測試N型熱電偶。

3.2將±15V直流穩(wěn)壓電源接入溫度傳感器實驗模塊中。溫度傳感器實驗模塊的輸出Uo2接實驗臺直流電壓表。

3.3將溫度傳感器模塊上差動放大器的輸入端Ui短接，調(diào)節(jié)Rw3到最大位置，再調(diào)節(jié)電位器Rw4使直流電壓表顯示為零。4.拿掉短路線再接線，并將K型熱電偶的兩根引線，熱端（紅色）接a，冷端（綠色）接b;記下模塊輸出Uo2的電壓值。

4實驗報告

1.根據(jù)數(shù)據(jù)，作出UO2-T曲線，分析K型熱電偶的溫度特性曲線，計算其非線性誤差。

2.根據(jù)中間溫度定律和E型熱電偶分度表，用平均值計算出差動放大器的放大倍數(shù)A。

參考文獻

[1]卞朝霞.如何運用Excel表格計算工作用廉金屬K＼＼N＼＼E型熱電偶的示值誤差[J].科技與企業(yè)，2011，000（001）：72-73.

[2]楊慶柏.N型熱電偶傳感器[J].自動化與儀表，2000（04）：43.

[3]徐劍維.基于FPGA的熱電偶溫度巡檢儀設計[D].內(nèi)蒙古科技大學.