9)Способы компенсации температур холодных спаев термопары

Термопары — это надежные и недорогие датчики температуры, широко используемые в различных измерительных системах. Однако измерение температуры с помощью термопар требует принятия специальных мер для обеспечения необходимой точности измерений. Рассмотрим основные проблемы, возникающие при получении сигнала с термопары.

Температура холодного спая

В местах подключения проводников термопары к измерительной системе возникают дополнительные термоЭДС. В результате их действия на вход измерительной системы фактически поступает сумма сигналов от рабочей термопары и от "термопар", возникших в местах подключения

Существуют различные способы избежать этого эффекта. Самым очевидным из них является поддержание температуры холодного спая постоянной. В лабораторных условиях часто применяется ванна с тающим льдом . В этом случае термоЭДС контактов подключения компенсируют друг друга, так как контакты состоят из одинаковых материалов и находятся при одинаковой температуре. К сожалению, этот способ не всегда удобен на практике.

Сейчас в промышленных системах широко используется техника "компенсации холодного спая". Этот метод заключается в том, что температура холодного спая измеряется другим датчиком температуры, а затем величина термоЭДС холодного спая программно или аппаратно вычитается из сигнала термопары

Изотермальные зоны

места подключения термопары к измерительной системе должны иметь одинаковую температуру, то есть находиться в изотермальной зоне. Кроме того, в схеме с компенсацией холодного спая в этой же зоне должен находиться и датчик температуры холодного спая. Разработчик должен учитывать эти требования при конструировании измерительной системы.

Нелинейность

Сигнал от термопары нелинейно зависит от температуры. Для получения точного значения температуры необходимо линеаризовать сигнал.

Может использоваться табличная или полиномиальная линеаризация. Характеристики термопар различных типов и описывающие их полиномы хорошо описаны в специальной литературе.

Изоляция

При высоких температурах может снижаться сопротивление изоляции проводников термопары. Это шунтирует сигнал термопары и создает дополнительные термоЭДС.

Гальванический эффект

При измерении температуры жидкости возможно попадание жидкости или конденсата внутрь термопары, что приводит к образованию электролита и возникновению гальванического эффекта.

Наводки

Сигналы от термопары обычно имеют значения от микровольт до милливольт, поэтому необходимо принимать дополнительные меры по снижению уровня шумов и наводок. Обычно это экранирование и сокращение длины соединительных проводов.

Кроме того, учитывая, что температура меняется относительно медленно, можно подавлять помехи с помощью фильтра нижних частот. Фильтр обычно рассчитывается на частоты 1 — 4 герца и реализуется аппаратно или программно.

Усиление

Из-за очень малого сигнала датчика важно использовать в измерительной системе точный инструментальный усилитель. Сейчас доступны очень хорошие инструментальные усилители. Кроме того, в промышленных измерительных системах часто реализуются схемы автоматической компенсации смещения нуля и техника автокалибровки усилителей.

Обнаружение неисправностей

Раннее обнаружение и локализация неисправностей — ключ к решению множества проблем, возникающих в процессе эксплуатации измерительной системы. Современные измерительные системы позволяют обнаружить обрыв термопары, а также резкое изменение ее характеристик, что может быть связано с повреждением как соединительного кабеля, так и самого датчика.

Гальваноразвязка

Часто объект измерения может иметь потенциал, различный с потенциалом земли измерительной системы. В таких случаях для защиты входов измерительной системы необходимо использовать гальваноразвязку. Кроме того, гальваноразвязка наряду с дифференциальным подключением датчика существенно снижает погрешности, связанные с током, протекающим по "общему" проводу.