热电偶的规格(温度控制｜使用热电偶监测过程温度)

Posted 2023-06-02

篇首语：不入虎穴，焉得虎子?本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了热电偶的规格(温度控制｜使用热电偶监测过程温度)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

热电偶的规格(温度控制｜使用热电偶监测过程温度)

温度控制

使用热电偶监测过程温度

可以发现热电偶在从发电到食品和饮料加工的应用中提供过程温度测量。更好地了解这些工业多面手。

热电偶的制造方式包括探头、带连接器的探头、过渡接头探头、红外传感器、裸线传感器和简单的热电偶线。 照片来源：Athena Controls

作者韦恩·海沃德

热电偶的宽温能力、坚固性和相对较低的成本使其成为使用最广泛的温度传感器。它们用于无数应用：工业过程、发电、熔炉监测和控制、食品和饮料加工、汽车仪表、飞机发动机、家用电器以及火箭、卫星和航天器。对于需要耐高温、小尺寸、快速响应和高抗振动或冲击能力的应用，大多数情况下，您会发现热电偶提供温度测量。

为了更好地理解热电偶如此广泛使用的原因，了解热电偶的工作原理很重要。热电偶是一种测量温度的传感器。它由一端连接在一起的两种不同类型的金属组成。当两种金属的接合处被加热或冷却时，会产生一个可以与温度相关联的电压——使热电电路成为一个简单、坚固且经济高效的温度传感器。

热电偶的制造形式包括探头、带连接器的探头、过渡接头探头、红外传感器和裸线热电偶以及热电偶线。由于型号和技术规格的数量众多，因此了解基本结构、功能和范围以更好地为应用确定正确的热电偶类型和材料非常重要。

此外，热电偶有不同的金属组合或校准。最常见的是贱金属热电偶，通常称为 J、K、T、E 和 N 型。此外，还有称为贵金属热电偶的高温校准。这些包括类型 R、S、C 和 GB。每次校准都有不同的温度范围和环境；最高温度因热电偶中使用的导线直径而异（表 1，使用左上角的 Page 和底部的滚动条导航以查看所有热电偶类型和数据）。

热电偶精度和范围取决于：

使用的热电偶合金。
正在测量的温度。
传感器结构。
护套材料。
被测量的介质。
介质的状态（液体、固体或气体）。
热电偶线（如果暴露）或护套直径（如果热电偶线有护套）的直径。

热电偶传感器由一端连接的两种金属组成。当结被加热或冷却时，会产生一个电压，该电压可以与温度相关联。

每次校准都有不同的温度范围。最高温度随热电偶中使用的导线直径而变化。

温度传感器测量的唯一温度是其自身的温度。因此，选择探头式传感器还是线式传感器取决于如何最好地使热电偶结点达到您要测量的过程温度。

如果流体不会侵蚀绝缘体或导体材料，则使用线型传感器可能没问题。如果流体处于静止状态（或接近静止状态）并且温度在材料的能力范围内，也可以使用线式传感器。但是，如果流体具有腐蚀性、高温、高压或流经管道，那么探头式传感器（甚至可能带有热电偶套管）将是更好的选择。

这一切都归结为如何最好地使热电偶结点达到与您尝试测量的过程或材料相同的温度，以确保测量准确，因此是值得的。因此，同样重要的是测量结的类型：接地、未接地或裸露（见边栏）。

请记住，热电偶测量温度，但也是控制回路的一部分。因此，如果测量值相对于所使用的过程设定点上升或下降，则可以对过程应用任何加热或冷却。虽然控制类型很多，但本文将介绍的主要方法是开关控制和 PID 控制。

由于型号和技术规格的数量众多，因此了解基本结构、功能和范围以更好地为应用确定正确的热电偶类型和材料非常重要。

开关控制：最简单的方法

也称为滞后控制，开关控制是最简单的控制类型。正如预期的那样，开关控制器在没有中间状态的两个状态之间突然切换。它们用于接受二进制输入的设备。一个例子是一个完全打开或完全关闭的炉子。

开关控制器仅在超过设定点时切换输出。在加热控制的情况下，控制器在低于设定点时打开，在高于设定点时关闭。为防止可能导致损坏的系统快速循环，在控制器操作中添加了迟滞（也称为开关差动）。在控制器打开或关闭之前，差速器会通过少量超出设定点来防止循环。

开关控制器通常用于不需要精确控制的应用中。它们还用于无法处理频繁打开和关闭能量的系统，或者系统质量太大以至于温度变化极其缓慢的系统。开关控制器可用于温度报警。

热电偶用于许多应用，包括石油、钢铁、汽车、航空航天、电信、化工、电子、食品加工、消费品和木材制造。

PID：响应控制

PID 控制使用三个不同的控制项——比例 (P)、积分 (I) 和微分 (D)——来帮助控制器的算法对与设定点的偏差提供更准确的响应。

当控制器接收到过程变量与设定值不同的输入时，指令被发送到最终控制元件进行校正。例如，控制器从热电偶接收过程温度过低的信号。这会提示控制器打开加热器使其恢复到温度。

简单的开关控制通常会导致最终控制元件超过设定值——尤其是当原始偏差很小时。反复超过设定点会导致输出以恒定、增长或衰减的正弦曲线围绕设定点振荡。如果振荡的幅度随时间持续增加，则系统不稳定。

PID 控制器使用源自其三个控制项的算法通过限制超调和由此产生的振荡来保持系统稳定性。比例变量控制校正率，使其与误差成正比。积分和微分变量是基于时间的，有助于控制器自动补偿系统中的变化。导数变量考虑误差增加或减少的速率，而积分变量使用累积误差的知识来确定过程不在设定点的时间长度。该信息用于校正比例值。

PID 控制器通常被认为是最有效的控制器类型。它们广泛用于工业环境。尽管每个变量都必须针对特定系统进行调整，但 PID 控制器可提供准确和稳定的控制。

为了使 PID 控制器更能响应实际情况，许多制造商已将模糊逻辑（或模糊控制）集成到仪器中。模糊逻辑是一种试图模仿人类推理的数学系统。与标准控制器的二元逻辑不同，模糊逻辑引入了连续变量，提供了一种捕捉现实世界的近似、不精确性质的有效手段。

这种能力使具有模糊逻辑的控制器能够进行快速、细微的更改，从而显着提高对快速变化的变量的响应，而与操作员完成的编程无关。例如，随着加热器、阀门和其他最终控制元件老化，它们会出现磨损迹象，并且不再像新的那样响应。模糊逻辑识别出这一点并自动进行补偿。

既然您对热电偶的工作原理以及它们在过程回路中的使用方式有了基本的了解，就很容易理解为什么它们在如此多的应用中使用了。

热电偶的规格(温度控制｜使用热电偶监测过程温度)

热电偶的规格(温度控制｜使用热电偶监测过程温度)

使用热电偶监测过程温度

可以发现热电偶在从发电到食品和饮料加工的应用中提供过程温度测量。更好地了解这些工业多面手。

开关控制：最简单的方法

PID：响应控​​制

PID：响应控制