Схема термопары: устройство и принцип работы простым языком, типы

Содержание

Термопары ТХА-12, ТХК-12, схема подключения, характеристики

Предназначены для измерения температуры газообразных, жидких, сыпучих и твёрдых химически неагрессивных сред, а также агрессивных сред, не разрушающих защитную арматуру.

цена по запросу

Примечание: цены указываются на термопреобразователи базовой конструкции с минимальной длиной рабочей части и одним чувствительным элементом. Узнать точную цену на интересующую модель можно, отправив запрос через форму в конце страницы.

Условия поставки

Продаются только в комплекте к цифровым датчикам температуры ZET 7020 и ZET 7120

Средство измерения

Преобразователи термоэлектрические (термопары) ТХА-12 и ТХК-12 зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под №17465-09.

термопар ТХА-12, ТХК-12

Тип и вид исполнения	Материал		Степень защиты от пыли и влаги	Диапазон измеряемых температур °С	Показатель тепловой инерции, с	Условное давление, МПА
Тип и вид исполнения	Защитная арматура	Головка	Степень защиты от пыли и влаги	Диапазон измеряемых температур °С	Показатель тепловой инерции, с	Условное давление, МПА
ТХА-12-1	12Х18Н10Т	металл	IP65	−40…800	40 (для И) 20 (для Н)	0,4
ТХК-12-1	12Х18Н10Т	металл	IP65	−40…600	40 (для И) 20 (для Н)	0,4
ТХА-12-2	12Х18Н10Т	металл	IP65	−40…800	40 (для И) 20 (для Н)	6,3
ТХК-12-2	12Х18Н10Т	металл	IP65	−40…600	40 (для И) 20 (для Н)	6,3

По устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающей среды термопары соответствуют группе исполнения С2 по ГОСТ Р 52931: −40…+70 °С.

По устойчивости к механическим воздействиям термометры соответствуют группе N3 по ГОСТ Р 52931.

Климатическое исполнение — У3, ТВ.

Возможно изготовление ТП в климатическом исполнении УХЛ2 для работы при температурах от −60 до +70 °С.

Термопары, имеющие тропическое исполнение имеют в обозначении дополнительно ТВ.

Номинальные статические характеристики (НСХ)

их обозначения, материал термоэлектродов согласно ГОСТ 6616-94

Тип термопары	НСХ	Материал термоэлектродов
Тип термопары	НСХ	положительный	отрицательный
ТХА	XA(K)	хромель	алюмель
ТХК	XK(L)	хромель	копель

Положительный термоэлектрод маркируется красным цветом.

Значения допусков по температуре термопар типа ТХА и ТХК

Термопары выпускаются по классу допуска 1 или 2 согласно ГОСТ 6616-94

Тип термопары	Класс	Диапазон температур, °С	Предел допускаемого отклонения от НСХ, °С
ТХА	1	от −40 до 375	1,5
	1	свыше 375 до 1000	0,004·\|t\|
	2	от −40 до 333	2,5
	2	свыше 333 до 1200	0,0075•\|t\|
ТХК	2	от −40 до 300	2,5
ТХК	2	свыше 300 до 800	0,0075•\|t\|

где |t| – абсолютное значение температуры, °С

базовые принципы и основы проектирования

10 ноября 2017

телекоммуникациисистемы безопасностиавтомобильная электроникасветотехникауправление питаниемуправление двигателеммедицинапотребительская электроникаответственные применениялабораторные приборыMaxim Integratedстатьясредства разработки и материалы

Гордон Ли

С начала XX века термопары (ТП) обеспечивали измерение критических температур, особенно – очень высоких. Для многих промышленных применений как ТП, так и РТД (резисторные температурные детекторы) стали «золотым стандартом» температурных измерений. Хотя РТД имеют лучшую точность и повторяемость, относительными преимуществами термопар являются:

больший диапазон измерений;
меньшее время отклика;
меньшая цена;
лучший показатель долговечности;
отсутствие необходимости во внешнем источнике возбуждения;
отсутствие эффекта саморазогрева.

Проведение высокоточных измерений с термопарами может, однако, стать непростой задачей. Вы можете улучшить точность измерений путем схемного улучшения и калибровки, но перед разработкой схем или использованием термодатчиков необходимо понимание того как термопары работают.

Как работают термопары

Когда к отрезку металлического провода приложено напряжение, ток протекает от положительного полюса к отрицательному, и часть энергии расходуется на нагрев провода. Эффект, открытый в 1821 году Томасом Джоханом Сибеком, имеет и обратное действие. Когда температурный градиент приложен к металлическому проводу, создается электрический потенциал. Это – физическая основа термопары.

Рассмотрим несколько формул.

(1)

Где ∇V – градиент напряжения, ∇T – градиент температуры, а S(T) – коэффициент Сибека. Этот коэффициент зависит от материала, и также изменяется как функция температуры. Напряжение между двумя точками на проводе равняется интегралу функции коэффициента Сибека по температурному диапазону.

(2)

Например, Т₁, Т₂ и Т₃ на рисунке 1 представляют температуры в разных точках металлического провода. Т₁ (синий) представляет самую холодную точку, а Т₃ (красный) – самую горячую точку. Напряжение между точками Т₂ и Т₁ равно:

(3)

Подобным же образом напряжение между точками Т₃ и Т₁ равно:

(4)

Используя аддитивное свойство интеграла, V₃₁ также равняется:

(5)

Имейте в виду это обстоятельство, когда мы будем обсуждать преобразование «напряжение-температура» в термопаре.

Рис. 1. Напряжения, создаваемые на проводнике температурным градиентом и эффектом Сибека

Термопары состоят из двух различных материалов, обычно металлических проводов, с разным коэффициентом Сибека, S(T). Почему два материала существенны, когда температурная разница в одном из них производит разницу напряжений? Предположим, что металлический провод на рисунке 2 сделан из материала «А». Если вольтметр подключен через пробники из того же материала, он теоретически не покажет никакого напряжения.

Рис. 2. Отсутствие разницы потенциалов: пробники и провод сделаны из одного материала

Причина в том, что пробники, присоединенные к концам провода, работают как продолжение металлического провода. Концы этого длинного провода, которые подключены к входам вольтметра, имеют одинаковую температуру (Т_М). Если концы провода имеют одинаковую температуру – напряжение на проводе создаваться не будет. Чтобы доказать это математически, мы посчитаем напряжение, создаваемое на целом контуре провода, начиная с положительного терминала вольтметра к отрицательному.

(6)

Используя аддитивное свойство интеграла, предыдущее равенство будет выглядеть как:

(7)

Когда нижний и верхний пределы интеграла равны, результат интеграла V = 0.

Если материал пробников сделан из материала «В», как показано на рисунке 3, тогда:

(8)

Упрощая интеграл, мы получим:

(9)

Равенство 9 показывает, что измеренное напряжение равно интегралу разницы коэффициентов Сибека двух различных материалов. В этом причина того, что термопары делаются из двух различных металлов.

Рис. 3. Эффект Сибека на вольтметре с пробниками и проводом, сделанными из различных материалов

Из схемы на рисунке 3, подставив в равенстве 9 SA(T), SB(T) и известное измеренное напряжение, мы пока не можем вычислить температуру на горячем спае (T_H). Во времена появления термопар в качестве опорной температуры (как температура холодного спая) использовалась ванная со льдом, соответствующая 0°C – этот способ очень дешев, легко реализуем, и температура саморегулируется.

Эквивалентная схема показана на рисунке 4.

Рис. 4. Для вычисления ТН термопары нуждаются в опорной температуре, показанной здесь как 0°C

Хотя мы знаем опорную температуру для схемы на рисунке 4, непрактично решать интегральное уравнение для Т_Н. Стандартные референсные таблицы доступны для всех основных видов термопар, так вы можете определить температуру для соответствующего напряжения на выходе. Но важно иметь в виду, что все стандартные референсные таблицы для термопар были составлены для опорной температуры 0°C.

Системы термопар и основы проектирования

Системы термопар

Современные термопары состоят из двух различных металлических проводников, соединенных на одном конце (Т_Н). Напряжение измеряется на свободных концах пары проводов. Согласно эквивалентной схеме, показанной на рисунке 5, V

C – то же, что и в равенстве 9, полученное ранее для схемы на рисунке 3.

(10)

Рис. 5. Современная конфигурация термопары использует компенсацию холодного спая

Компенсация холодного соединения

Температура холодного соединения, или холодного спая (Т_С), может быть установлена в 0°C с помощью ледяной ванны, но на практике вы не будете использовать ведро холодной воды для получения опорной температуры. Метод CJC (компенсации холодного соединения) позволит вам посчитать температуру горячего спая. Температура холодного спая даже не должна быть постоянной. Этот метод просто использует отдельный датчик температуры для измерения в точке Т_Н. Становится возможным определить Т_Н, если Т_С известна.

Если у нас есть датчик температуры для измерения температуры холодного спая, почему мы не используем его сразу для измерения температуры горячего? Дело в том, что диапазон изменения температуры холодного спая гораздо уже, чем диапазон изменения температуры горячего спая, поэтому датчик температуры, в отличие от термопары, не должен выдерживать такие экстремальные температуры.

Вычисление температуры горячего спая методом CJC

Как было замечено ранее, все стандартные референсные таблицы термопар были выпущены для температуры холодного спая 0°C. В таком случае, как мы должны использовать эти таблицы для вычисления температуры горячего спая? Представим, что открытые концы термопары были продолжены и эти воображаемые концы подключены к спаю с температурой 0°C (рисунок 6). Если мы можем посчитать значение V₀, то мы можем легко найти соответствующую температуру горячего спая, используя референсные таблицы.

Рис. 6. Определение неизвестной температуры горячего спая Т_Н

Определим V₀:

(11)

Переставим слагаемые:

(12)

(13)

(14)

Первое слагаемое в формуле 13 точно такое же, как и в 10, которое получено из подключения, показанного на рисунке 5. Соответствующее напряжение выхода – V_C, а оно известно, поскольку напряжение холодного спая измеряется вольтметром. Второе слагаемое эквивалентно выходу напряжения термопары, если температура его горячего спая равняется Т_С, а температура холодного спая – 0°C.

Поскольку Т_С также измеряется отдельным датчиком температуры, мы можем использовать стандартные референсные таблицы для определения соответствующего напряжения Сибека (V_i) для второго слагаемого (13):

(15)

С этим значением V₀ соответствующая температура на Т_Н может быть определена с помощью стандартной референсной таблицы.

Процедура определения температуры горячего спая с компенсацией холодного имеет следующие шаги:

измерение температуры холодного спая (Т_С) датчиком температуры;
измерение напряжения холодного спая;
преобразование Т_С к напряжению V_i с использованием стандартных референсных таблиц;
вычисление V₀ = V_i + V_C;
преобразование V₀ к температуре Т_Н с использованием стандартных референсных таблиц.

Стандартные референсные таблицы, а также набор стандартных формул для всех типов термопар можно найти в базе данных термопар NIST ITS-90.

Основы проектирования системы

До этой главы дискуссия содержала только теорию работы термопар. Чтобы улучшить точность в реальной системе, вы должны соблюсти несколько условий. Каждое устройство в блок-схеме базовой сигнальной цепи термопар (рисунок 7) повлияет на точность преобразования и должно быть выбрано внимательно для минимизации ошибки.

Рис. 7. Основные компоненты измерительной системы на основе термопары

Рассмотрим рисунок 7 слева направо. Термопара соединяется с разъемом системной платы. Хотя термопара – это датчик, она и сама может быть источником ошибок. Длинная термопара легко «собирает» окружающий электромагнитный шум; экранирование провода может значительно снизить его.

Важно, чтобы следующий компонент, – усилитель, – имел высокое входное сопротивление, потому что входное сопротивление усилителя и сопротивление термопары образуют резистивный делитель. Чем выше входное сопротивление усилителя – тем меньшую ошибку он создаст (формула 16).

(16)

Далее, усилитель увеличивает значение выхода термопары, которое обычно находится в диапазоне единиц милливольт. В то время как высокий коэффициент усиления усилителя с замкнутой петлей ОС увеличивает и сигнал, и шум, добавление низкочастотного фильтра на входе АЦП обрежет большую часть шума. Фильтр НЧ эффективен, так как частота аналого-цифрового преобразования для этих приложений обычно очень низкая – на уровне нескольких выборок в секунду, поскольку температура не изменяется очень быстро.

В заключение отметим, что температурный датчик на плате необходимо располагать очень близко к разъему холодного соединения (в идеале – касаясь концов выводов термопары, хотя это невозможно во многих случаях), чтобы получить наилучшее качество измерений температуры холодного спая. Любая ошибка в измерениях холодного спая отразится на вычислении температуры горячего спая.

Пример схемы термопары и результаты испытаний

Каким бы ни был ваш проект –собственным или объединенным с типовой разработкой – вам необходимо проверить его точность. Вот описание, как мы проверяли точность в референсном проекте MAXREFDES67# (рисунок 8).

Рис. 8. Типовая плата MAXREFDES67# для термопар и РТД, измеряющая температуру в диапазоне -40…150°C

В качестве примера того, как снизить погрешность измерения, рассмотрим использование системы термопар в типовом проекте MAXREFDES67# производства Maxim Integrated. Для проверки точности этой или любой другой измерительной системы вам необходимо знать температуру и иметь поверенный измерительный прибор для сравнения. В данном примере использовались три референсных термометра: Omega Hh51 (сейчас заменен на Hh52), термометр ETI и температурный калибратор Fluke 724.

Термопарный пробник К-типа, соединенный с MAXREFDES67#, был помещен в калибровочную ванну Fluke 7341 и откалиброван при температуре 20°C. Синие точки – это данные от Omega Hh51, использующиеся в качестве опорных, а зеленые точки – данные, отражающие показания прибора ETI. Красные точки – данные инструмента Fluke 724 с максимальной погрешностью менее 0,1°C, хотя Fluke 724 не использовался как референсный измеритель. Он симулирует выход идеальной термопары К-типа и соединяется с входом MAXREFDES67# с помощью проводов для термопары. На рисунке 9 показаны результаты испытаний.

Рис. 9. Зависимость ошибки от температуры в MAXREFDES67#; результат показывает высокую полученную точность

Заключение

Использование термопар для промышленных измерений имеет много преимуществ, в числе которых – широкий температурный диапазон, достаточно быстрое время отклика, привлекательная цена цена и долговечность. Теория термопар достаточно сложна, но необходима для полного понимания того, как вы можете провести корректные измерения и точные преобразования напряжения в температуру.

Материалы

Термопары Просто, но непонятно;
Основы датчиков Типы, функции и применения;
Понимание заземления, экранирования, и защиты в высокоомных приложениях;
Заземление и экранирование нет размера, чтобы все разместить;
Проектирование с температурными датчиками, часть 4 термопары;
Уменьшение ошибок измерений в схемах РТД.

Оригинал статьи.

•••

A Цепь измерения термопары – специальные статьи

Главная‎ > ‎

Цепь измерения термопары

Термопары

Термопары — это популярные датчики для измерения температуры, которые охватывают диапазон температур от значительно ниже нуля °C до более тысячи °C. Они имеют хорошую точность, доступны во многих конфигурациях и недороги. Это не значит, что они просты в использовании! Термопара представляет собой сложную измерительную задачу:

Выходные уровни меньше 50 мВ и могут быть положительными или отрицательными
Температура «холодного спая» должна быть компенсирована
Выходной отклик нелинейный

Исторически сложилось так, что измерительные решения для решения этих задач были сложными, требующими нескольких ИС и множества дискретных компонентов. Существует несколько специализированных одночиповых решений, но все они имеют недостатки, включая стоимость и доступность.

Однокристальное решение I2C

Системный монитор температуры и электропитания TI TMP512/TMP513 представляет собой идеальное одночиповое решение для измерения термопар. Микросхема оснащена 12-разрядным АЦП с входным диапазоном 40 мВ, который может обрабатывать биполярные сигналы, и точным встроенным датчиком температуры для компенсации холодного спая. Там, где требуется максимальная точность измерения, можно использовать внешние датчики температуры PN для измерения температуры в точке соединения.

Цепь

Копия схемы и регистров программирования в формате PDF

Схема измерения термопары показана ниже. В схеме можно использовать либо TMP512, либо TMP513.

Термопара подключается между VIN+ и VIN-. Соединение между проводами термопары и дорожками печатной платы или соединение соединителя термопары и дорожек печатной платы образуют эталонный спай. Это должно быть как можно ближе к TMP51x и вдали от любых источников тепла, чтобы температура, измеренная датчиком чипа, была истинным представлением температуры холодного спая.

Если это соединение должно быть выполнено на некотором расстоянии от микросхемы или требуется максимально возможная точность, можно использовать внешний транзистор. Некоторые коннекторы для термопар даже имеют клипсу, так что корпус ТО-92 можно надеть прямо на клеммы.

Ниже показана простейшая реализация схемы. Входная фильтрация может быть добавлена на вход термопары – см. техническое описание TMP512/TMP513 для получения информации об этом и о дистанционных датчиках температуры.

Программное обеспечение

Это приложение использует только некоторые функции TMP512/TMP513, поэтому доступ осуществляется только к некоторым регистрам. Большинство опций оставлено в состоянии по умолчанию.

Шаг 1. Сброс TMP512/TMP513

Сделайте это при инициализации программы, чтобы обеспечить известное состояние.

Шаг 2. Инициализация TMP512/TMP513

Настройте TMP512/TMP513 на показания термопары. Настройки по умолчанию для встроенного датчика температуры удовлетворительны.

D14: Непрерывные измерения
D12, D11: PGA = 1 для измерения T/C (диапазон 40 мВ)
D6 – D3: 12-битное измерение для T/C, 16 средних значений
D2 – D0: Режим – Шунт Только напряжение (T/C), непрерывное

Шаг 3.

Считайте напряжение термопары

Напряжение термопары будет отрицательным, если температура термопары ниже температуры холодного спая. Отрицательное значение указывается, когда биты знака = 1.

Значение, содержащееся в D11:D0 x 10, представляет собой напряжение термопары в мкВ, если оно положительное.

Если значение отрицательное, необходимо вычислить дополнение до двух — см. следующий раздел.

Вычисление дополнения до двух

Когда знаковые биты отрицательные, температура термопары отрицательна по отношению к холодному спаю. Для определения отрицательного напряжения необходимо вычислить дополнение до двух.

Инвертировать каждый бит. Проще всего использовать функцию НЕ:

TCValue = NOT(TCValue)

Прибавить 1 к значению:

TCValue = TCValue + 1

Умножьте результат на -10, чтобы получить напряжение термопары в мкВ; не забудьте использовать тип переменной, который может обрабатывать отрицательное число.

Шаг 4.

Считывание температуры холодного спая

D15:D3 содержат локальную температуру (холодного спая). Считайте регистр 4, сдвиньте данные вправо на 3 бита (или разделите на 8) и умножьте результат на 0,0625, чтобы получить температуру в °C.

Расчет температуры термопары

Выходное напряжение термопары нелинейно. Самый простой способ рассчитать температуру на микроконтроллере — использовать справочную таблицу. Таблицы доступны онлайн для всех типов термопар. Эффективным способом достижения хорошей точности является использование таблицы, в которой напряжения перечислены с шагом в один градус (используйте таблицу Цельсия для приведенных здесь показаний) и интерполяция между значениями для более высокого разрешения. Это сохраняет разумный размер таблицы при сохранении высокой точности.

Для расчета фактической температуры термопары:

Определите температуру по измеренному напряжению термопары.
Добавьте к этому значению температуру спая сравнения, чтобы получить фактическую температуру спая термопары.

Образец кода и модули Swordfish приведены ниже.


Альтернативные одночиповые решения
МАКС6675	Преобразователь K-термопары в цифру с компенсацией холодного спая (от 0°C до +1024°C)
МАКС6674	MAX6674 — преобразователь K-термопары в цифровой преобразователь с компенсацией холодного спая (от 0°C до +128°C) Эти Даллас-Максим используют интерфейс SPI. Они ограничены термопарами типа K, дорогими (~ 15 долларов США за единицу) и труднодоступными.
АД595	Усилитель термопары типа K с компенсацией холодного спая
АД594	Усилитель термопары типа J с компенсацией холодного спая Эти компоненты Analog Devices имеют аналоговый выход 10 мВ/°C. Диапазон измерения ограничен при использовании источника питания 0–5 В.

Сборка прототипа

Схема TMP512/TMP513 чрезвычайно проста. Прототип был построен на плате адаптера SOIC-28, что позволило добавить шестиконтактный разъем для использования с прикладной платой TAP-28 PIC.

На фотографии показан TMP513, установленный на плате вместе с байпасным конденсатором 0,1 мкФ. Двухконтактный позолоченный разъем предназначен для термопары. Соединение «точка-точка» в нижней части платы завершает соединения.

Шестиконтактный разъем имеет линии I2C SDA и SCL, а также питание и землю. Подтягивающие резисторы для линий SCL и SDA находятся на плате TAP-28.

Первоначальные испытания проводились с использованием термопары типа К, обеспечивающей диапазон измерения -269°С до 759°С. Верхний предел диапазона был ограничен табличными значениями, умещающимися в целочисленном формате (±32767).

Плата TAP-28 использовала PIC18F242 с кристаллом 20 МГц и аппаратным I2C, хотя большинство микроконтроллеров любого типа должны работать нормально. На рисунке ниже показана плата TAP-28 и термопары, соединенная шестижильным кабелем.

Модули Swordfish

Два модуля предназначены для использования схемы термопары TMP513 с Swordfish. Первый модуль – таблица термопар. Это список уровней напряжения, создаваемого спаем термопары, с шагом 1°C. Приведенная таблица предназначена для термопар типа K и адаптирована из таблиц, которые можно найти в Интернете. Диапазон измерения составляет от -270ºC до 760ºC. Диапазон термопары типа K составляет до 1300ºC, но таблица ограничена диапазоном значений, которые соответствуют целочисленной переменной.

Таблицы для других типов термопар могут быть изготовлены. Значения в таблице указаны в мкВ. Большинство онлайн-таблиц представляют собой mV. Значения умножаются на 1000, чтобы сделать их целыми значениями. Помимо потенциалов термопары, в таблицу включены три значения:

Переменная	Назначение
Смещение таблицы	Температура, соответствующая первому табличному значению
Тип таблицы	Тип термопары, к которой относится таблица
Табличные значения	Общее количество записей в таблице

Таблица термопар типа K

 { **************************************** **************************************** * Название: Таблица термопар типа K * * Автор: Джон Чендлер * * Уведомление: Copyright (c) Creative Commons 3. 0 SA-BY, 2011 * *: Все права защищены * * Дата: 07.01.2011 * * Версия: 1.0 * * Примечания: электронная почта - jon.chandler@clever4hire .com * * : www.clever4hire.com/throwawaypic * * : Домашняя страница доски приложений TAP-28 PIC * **************************** ******************************************************* ** }
Термоэлектрические характеристики термопары типа K
'От -269до 759 градусов С по градусу (1030 значений)
'Смещение температуры от индекса = -270
'Примечание - таблица ограничена 759 градусами Цельсия, чтобы оставаться в пределах целочисленной переменной.

'Значения в микровольтах

Модуль ТермопараТаблица
Public Const TableValues As Word = 1030 'общее количество значений
Public Const TableType As Char = "K" 'тип термопары
Public Const TableOffset As Integer = -270 'самое низкое значение температуры (смещение от 0)

Public Const ThermoelectricV (1030) As Integer =(

-6458,
-6457,-6456,-6455,-6453,-6452,-6450,-6448,-6446,-6444,-6441,
-6438,-6435,-6432,-6429,-6425,-6421,-6417,-6413,-6408,-6404,
-6399,-6393,-6388,-6382,-6377,-6370,-6364,-6358,-6351,-6344,
-6337,-6329,-6322,-6314,-6306,-6297,-6289,-6280,-6271,-6262,
-6252,-6243,-6233,-6223,-6213,-6202,-6192,-6181,-6170,-6158,
-6147,-6135,-6123,-6111,-6099,-6087,-6074,-6061,-6048,-6035,
-6021,-6007,-5994,-5980,-5965,-5951,-5936,-5922,-5907,-5891,
-5876,-5861,-5845,-5829,-5813,-5797,-5780,-5763,-5747,-5730,
-5713,-5695,-5678,-5660,-5642,-5624,-5606,-5588,-5569,-5550,
-5531,-5512,-5493,-5474,-5454,-5435,-5415,-5395,-5374,-5354,
-5333,-5313,-5292,-5271,-5250,-5228,-5207,-5185,-5163,-5141,
-5119,-5097,-5074,-5052,-5029,-5006,-4983,-4960,-4936,-4913,
-4889,-4865,-4841,-4817,-4793,-4768,-4744,-4719,-4694,-4669,
-4644,-4618,-4593,-4567,-4542,-4516,-4490,-4463,-4437,-4411,
-4384,-4357,-4330,-4303,-4276,-4249,-4221,-4194,-4166,-4138,
-4110,-4082,-4054,-4025,-3997,-3968,-3939,-3911,-3882,-3852,
-3823,-3794,-3764,-3734,-3705,-3675,-3645,-3614,-3584,-3554,
-3523,-3492,-3462,-3431,-3400,-3368,-3337,-3306,-3274,-3243,
-3211,-3179,-3147,-3115,-3083,-3050,-3018,-2986,-2953,-2920,
-2887,-2854,-2821,-2788,-2755,-2721,-2688,-2654,-2620,-2587,
-2553,-2519,-2485,-2450,-2416,-2382,-2347,-2312,-2278,-2243,
-2208,-2173,-2138,-2103,-2067,-2032,-1996,-1961,-1925,-1889,
-1854,-1818,-1782,-1745,-1709,-1673,-1637,-1600,-1564,-1527,
-1490,-1453,-1417,-1380,-1343,-1305,-1268,-1231,-1194,-1156,
-1119,-1081,-1043,-1006,-968,-930,-892,-854,-816,-778,
-739,-701,-663,-624,-586,-547,-508,-470,-431,-392,
-353,-314,-275,-236,-197,-157,-118,-79,-39,
0,39,79,119,158,198,238,277,317,357,
397 437 477 517 557 597 637 677 718 758,
798 838 879 919 960 1000 1041 1081 1122 1163,
1203,1244,1285,1326,1366,1407,1448,1489,1530,1571,
1612,1653,1694,1735,1776,1817,1858,1899,1941,1982,
2023,2064,2106,2147,2188,2230,2271,2312,2354,2395,
2436,2478,2519,2561,2602,2644,2685,2727,2768,2810,
2851,2893,2934,2976,3017,3059,3100,3142,3184,3225,
3267,3308,3350,3391,3433,3474,3516,3557,3599,3640,
3682,3723,3765,3806,3848,3889,3931,3972,4013,4055,
4096,4138,4179,4220,4262,4303,4344,4385,4427,4468,
4509,4550,4591,4633,4674,4715,4756,4797,4838,4879,
4920,4961,5002,5043,5084,5124,5165,5206,5247,5288,
5328,5369,5410,5450,5491,5532,5572,5613,5653,5694,
5735,5775,5815,5856,5896,5937,5977,6017,6058,6098,
6138,6179,6219,6259,6299,6339,6380,6420,6460,6500,
6540,6580,6620,6660,6701,6741,6781,6821,6861,6901,
6941,6981,7021,7060,7100,7140,7180,7220,7260,7300,
7340,7380,7420,7460,7500,7540,7579,7619,7659,7699,
7739,7779,7819,7859,7899,7939,7979,8019,8059,8099,
8138,8178,8218,8258,8298,8338,8378,8418,8458,8499,
8539,8579,8619,8659,8699,8739,8779,8819,8860,8900,
8940,8980,9020,9061,9101,9141,9181,9222,9262,9302,
9343,9383,9423,9464,9504,9545,9585,9626,9666,9707,
9747,9788,9828,9869,9909,9950,9991,10031,10072,10113,
10153,10194,10235,10276,10316,10357,10398,10439,10480,10520,
10561,10602,10643,10684,10725,10766,10807,10848,10889,10930,
10971,11012,11053,11094,11135,11176,11217,11259,11300,11341,
11382,11423,11465,11506,11547,11588,11630,11671,11712,11753,
11795,11836,11877,11919,11960,12001,12043,12084,12126,12167,
12209,12250,12291,12333,12374,12416,12457,12499,12540,12582,
12624,12665,12707,12748,12790,12831,12873,12915,12956,12998,
13040,13081,13123,13165,13206,13248,13290,13331,13373,13415,
13457,13498,13540,13582,13624,13665,13707,13749,13791,13833,
13874,13916,13958,14000,14042,14084,14126,14167,14209,14251,
14293,14335,14377,14419,14461,14503,14545,14587,14629,14671,
14713,14755,14797,14839,14881,14923,14965,15007,15049,15091,
15133,15175,15217,15259,15301,15343,15385,15427,15469,15511,
15554,15596,15638,15680,15722,15764,15806,15849,15891,15933,
15975,16017,16059,16102,16144,16186,16228,16270,16313,16355,
16397,16439,16482,16524,16566,16608,16651,16693,16735,16778,
16820,16862,16904,16947,16989,17031,17074,17116,17158,17201,
17243,17285,17328,17370,17413,17455,17497,17540,17582,17624,
17667,17709,17752,17794,17837,17879,17921,17964,18006,18049,
18091,18134,18176,18218,18261,18303,18346,18388,18431,18473,
18516,18558,18601,18643,18686,18728,18771,18813,18856,18898,
18941,18983,19026,19068,19111,19154,19196,19239,19281,19324,
19366,19409,19451,19494,19537,19579,19622,19664,19707,19750,
19792,19835,19877,19920,19962,20005,20048,20090,20133,20175,
20218,20261,20303,20346,20389,20431,20474,20516,20559,20602,
20644,20687,20730,20772,20815,20857,20900,20943,20985,21028,
21071,21113,21156,21199,21241,21284,21326,21369,21412,21454,
21497,21540,21582,21625,21668,21710,21753,21796,21838,21881,
21924,21966,22009,22052,22094,22137,22179,22222,22265,22307,
22350,22393,22435,22478,22521,22563,22606,22649,22691,22734,
22776,22819,22862,22904,22947,22990,23032,23075,23117,23160,
23203,23245,23288,23331,23373,23416,23458,23501,23544,23586,
23629,23671,23714,23757,23799,23842,23884,23927,23970,24012,
24055,24097,24140,24182,24225,24267,24310,24353,24395,24438,
24480,24523,24565,24608,24650,24693,24735,24778,24820,24863,
24905,24948,24990,25033,25075,25118,25160,25203,25245,25288,
25330,25373,25415,25458,25500,25543,25585,25627,25670,25712,
25755,25797,25840,25882,25924,25967,26009,26052,26094,26136,
26179,26221,26263,26306,26348,26390,26433,26475,26517,26560,
26602,26644,26687,26729,26771,26814,26856,26898,26940,26983,
27025,27067,27109,27152,27194,27236,27278,27320,27363,27405,
27447,27489,27531,27574,27616,27658,27700,27742,27784,27826,
27869,27911,27953,27995,28037,28079,28121,28163,28205,28247,
28289,28332,28374,28416,28458,28500,28542,28584,28626,28668,
28710,28752,28794,28835,28877,28919,28961,29003,29045,29087,
29129,29171,29213,29255,29297,29338,29380,29422,29464,29506,
29548,29589,29631,29673,29715,29757,29798,29840,29882,29924,
29965,30007,30049,30090,30132,30174,30216,30257,30299,30341,
30382,30424,30466,30507,30549,30590,30632,30674,30715,30757,
30798,30840,30881,30923,30964,31006,31047,31089,31130,31172,
31213,31255,31296,31338,31379,31421,31462,31504,31545,31586
 )

Модуль TMP513

TMP513 использует интерфейс I2C. Этот модуль обрабатывает протокол I2C для установки и чтения необходимых регистров на TMP513 и преобразует значения регистров в температуру холодного спая и температуру термопары. Модуль поддерживает три команды:

ReadColdJuncttemp: возвращает температуру внутреннего датчика температуры TMP513 в градусах Цельсия x 10. Это значение используется для компенсации термопары, но оно встроено в следующую команду.

ReadTC: возвращает температуру термопары. Напряжение спая термопары считывается и сравнивается с таблицей термопар. Температура интерполируется для ближайших табличных значений для обеспечения хорошей точности. Температура холодного спая считывается и добавляется к значению термопары, чтобы получить фактическую температуру датчика термопары,

Команда

Результат

Инициализировать

ReadCJTemp

Настраивает микросхему TMP513

Возвращает целочисленное значение температуры холодного спая в градусах C x 10

ReadTCTemp

Возвращает целочисленное значение температуры спая термопары в градусах C x 10. Результат компенсируется температурой холодного спая.

Переменные	Назначение
Устройство I2C	Адрес TMP513 (изменить, только если значение по умолчанию неверно)
Тип таблицы	Тип используемой таблицы термопар

Модуль термопары TMP513

 { ***************************************** **************************************** * Название: Модуль цепи термопары TMP513 * * Автор: Джон Чендлер * * Уведомление: Copyright (c) Creative Commons 3.0 SA-BY, 2011 * *: Все права защищены * * Дата: 07.01.2011 * * Версия: 1.0 * * Примечания: электронная почта - [email protected] * * : www.clever4hire.com/throwawaypic * * : Домашняя страница доски приложений TAP-28 PIC * *************************** ******************************************************* }
'Функции модуля
'Initialize - Настраивает микросхему TMP513
'ReadCJTemp — возвращает целочисленное значение температуры холодного спая в градусах C x 10. 
'ReadTCTemp — возвращает целочисленное значение температуры спая термопары в градусах C x 10.
В результате компенсируется температура холодного спая.

'Переменные
'I2Cdevice — адрес TMP513
'TableType - Тип используемой таблицы термопары

Модуль ТМП513

Включить ("i2c.bas")
Включить("ТермопараТаблицаK.bas")




Dim Value1 как байт
Dim Value2 как байт
public Dim I2Cdevice As Byte 'Адрес устройства I2C
Dim I2CPointer As Byte 'зарегистрировать адрес
Dim LookupValue как целое число
Публичный тусклый J как слово



Public Dim TableType As Char
Public Dim TableValues As Word
Public Dim TableOffset как целое число

Public Sub Read_REG (указатель в виде байта, ByRef Val1 в виде байта, ByRef Val2 в виде байта)
 I2C.Старт
 I2C.WriteByte(I2Cустройство)
 I2C.WriteByte (указатель)
 I2C.Стоп

 I2C.Перезагрузка
 I2C.WriteByte(I2Cустройство+1)
 Val1 = I2C.ReadByte
 I2C.Подтверждение (I2C_ACKNOWLEDGE)
 Val2 = I2C.ReadByte
 I2C.Подтверждение(I2C_NOT_ACKNOWLEDGE)
 I2C.Стоп
Конец сабвуфера

Public Sub Write_REG (указатель в виде байта, ByRef Val1 в виде байта, ByRef Val2 в виде байта)
 I2C. Старт
 I2C.WriteByte(I2Cустройство)
 I2C.WriteByte (указатель)
 I2C.WriteByte (val1)
 I2C.WriteByte(val2)
 I2C.Стоп


Конец сабвуфера

Инициализировать общедоступную подпрограмму ()
 I2C.Инициализировать
 I2C.Старт
 I2C.Стоп
 I2C.Старт
 I2C.Стоп


 'Инициализировать TMP513
 I2CPointer = 0 'принудительно выполнить сброс до условий по умолчанию
 Значение1 =% 10000001
 Значение2 =% 11100101
 Write_REG (I2CPointer, Значение1, Значение2)

 ЗадержкаМС(50)

 I2CPointer = 0 'PGA = 1, 16 средних значений напряжения шунта, непрерывное считывание только напряжения шунта
 Value1 =%00000001 '16 средних значений требует 10,3 мс
 Значение2 =% 11100101
 Write_REG (I2CPointer, Значение1, Значение2)

Конец сабвуфера

'Sub ReadColdJuncTemp (температура1 как целое число)
Открытая функция ReadCJTemp() как целое число
 Dim Temp1 как целое число
 I2CPointer = 8 'прочитать холодный спай
 Read_REG (I2CPointer, Значение1, Значение2)
 temp1.byte1 = Значение1
 temp1.byte0 = Значение2
 темп1 = (темп1)/8
 результат = темп1 * 0,0625 * 10
 примечание: результатом является температура холодного спая в градусах C x 10
Конечная функция


Открытая функция ReadTCTemp() как целое число
 Dim Temp1 как целое число
 Dim Temp2 как целое число

 I2CPointer = 8 'прочитать холодный спай
 Read_REG (I2CPointer, Значение1, Значение2)
 temp1. byte1 = Значение1
 temp1.byte0 = Значение2
 темп1 = (темп1)/8
 темп1 = темп1 *0,0625
 ЗадержкаМС(10)

 I2CPointer=4 'чтение напряжения t/c
 Read_REG (I2CPointer, Значение1, Значение2)
 temp2.byte1 = Значение1
 temp2.byte0 = Значение2
 Если temp2.15=1, то 'отрицательное число, требуется дополнение до 2
 temp2=Нет(temp2)+1
 temp2=temp2 *-10 'изменить знак и умножить на 10 для масштабирования
 Еще
 темп2 = темп2*10
 КонецЕсли

 Искомое значение = -6500
 J=0
 Пока temp2 > LookupValue
 Инк (Дж)
 Если J > ThermocoupleTable.TableValues Тогда
 'вне диапазона
 результат = -9999
 Exit ' завершает функцию
 КонецЕсли
 LookupValue=ТермоэлектрическийV(Дж)
 Венд
 интерполяция
 result =((temp2 -ThermoelectricV(J-1))*10/(ThermoelectricV(J)-ThermoelectricV(J-1))+(J+TableOffset-1)*10 ) +10*temp1 'добавить температуру холодного спая x 10

 'примечание: возвращаемое значение представляет собой температуру в градусах C x 10; температура холодного спая была компенсирована
 Конечная функция



'*********************************************

I2Cdevice = $B8 'изменить адрес по умолчанию, чтобы он соответствовал TMP513
TableType = ThermocoupleTable. TableType
TableOffset = ThermocoupleTable.TableOffset
TableValues=ТермопараTable.TableValues

Демонстрационная программа

Модуль Swordfish делает считывание показаний термопар чрезвычайно простым. Показанный ниже код считывает термопару и записывает код в инструмент PICkit UART, используя программный код UART.

Демонстрация цепи термопары TMP513

 { ********************************************** ************************************ * Название: Демонстрационная программа TMP513 Thermocouple Circuit * * Автор: Джон Чендлер * * Уведомление: Copyright (c) Creative Commons 3.0 SA-BY, 2011 * *: Все права защищены * * Дата: 07.01.2011 * * Версия: 1.0 * * Примечания: электронная почта - [email protected] * * : www.clever4hire.com/throwawaypic * * : Домашняя страница доски приложений TAP-28 PIC * ******************************* *************************************************** }

Device = 18f242 'установить для используемого устройства
Clock = 20 'устанавливается для используемой тактовой частоты

Включить ("suart. bas")
Включить ("convert.bas")
Включить ("i2c.bas")
Включить("ТермопараТаблицаK.bas")
Включить("tmp513.bas")




Dim I2Cdevice As Byte 'Адрес устройства I2C
Dim CJTemp как целое число
Dim TCTemp как целое число
Dim J как слово



I2Cdevice = $B8 'изменить адрес по умолчанию, чтобы он соответствовал плате

'команды для использования программного UART для вывода на инструмент PICkit 2 UART
UART.SetTX (PORTB.7) 'устанавливает программный вывод UART для использования разъема ICSP.
UART.SetMode (umTrue) 'установить программный вывод UART в неинвертированный режим
UART.SetBaudrate(sbr9600)


TMP513.Initialize 'устанавливаем микросхему TMP513 для измерений

UART.Write ("Таблица используется: ",TMP513.TableType, 13,10, 13,10)



Пока 1 = 1

TCTemp=TMP513.ReadTCTemp

UART.Write("Температура термопары равна ", DecToStr((TCTemp/10)),".",DecToStr(TCTemp,1)," градусов C",13, 10)

ЗадержкаМС(1000)

Wend

Термопара, которую я использую, представляет собой крошечный шарик на конце провода, который стоит доллар или два на ebay. Показания температуры очень чувствительны, так как шарик очень маленький. Температуры выгодно отличаются от показаний цифрового термометра для духовки, измеряющего комнатную температуру — 50 ° C, а результаты, полученные в ледяной бане и кипящей воде, являются точными.

Для получения дополнительной информации посетите ветку форума, опубликованную во время разработки схемы TMP513. Существует ряд справочных ссылок вместе с информацией о приложении.

Что такое компенсация холодного спая для датчика термопары?

Когда требуются точные измерения с помощью термопары, общепринятой практикой является соотнесение обеих ветвей с медным проводом в точке обледенения, чтобы медные выводы можно было подключить к прибору для считывания ЭДС из-за холодного спая. Эта процедура позволяет избежать возникновения термоЭДС на клеммах считывающего прибора. Изменения температуры холодного спая влияют на выходной сигнал, и практические приборы должны быть снабжены средствами для устранения этого потенциального источника ошибки.

Рисунок 1

Генерируемая ЭДС зависит от разницы температур, поэтому для проведения измерений необходимо знать эталон. Это схематически показано на рис. 1, и его можно выполнить, поместив эталонный спай в ванну с ледяной водой при постоянной температуре 0°C (32°F). Поскольку ледяные ванны часто неудобны в обслуживании и не всегда практичны, часто используются несколько альтернативных методов.

Основной принцип компенсации холодного спая заключается в том, что для расчета температуры горячего спая необходимо знать температуру холодного спая. Это связано с тем, что напряжение, генерируемое в цепи термопары, пропорционально разности выводов между горячим и холодным спаем.

Основное уравнение для этого:

E _ЭДС = −S∆T = S(T _{ГОРЯЧАЯ} − T _{ХОЛОДНАЯ} ), где:

E _ЭДС — напряжение на выходе термопары
S — это температурно-зависимое свойство материала, известное как коэффициент Зеебека (для термопары типа K это примерно 4,1 мкВ/°C между 0°C и 1000°C)
T _COLD Температура холодного спая
T _{ГОРЯЧАЯ} — температура горячего спая (это то, что вы хотите знать!)

Преобразование этого уравнения для T _HOT дает:

Метод электрического моста

В этом методе обычно используется самокомпенсирующийся холодный спай. электрическая мостовая схема, как показано на рис. 2. Эта система включает в себя термочувствительный элемент сопротивления (RT), который находится в одном ветвь мостовой сети и термически интегрированная с холодом перекресток (Т2). Мост обычно питается от ртути. батарея или стабильный постоянный ток источник питания. Выходное напряжение пропорционально к дисбалансу, созданному между предварительно установленным эквивалентным заданием температура в точке (T2) и горячем спае (T1). В этой системе может быть выбрана эталонная температура 0° или 32°F.

Как температура окружающей среды вокруг холодного спая (T2) меняется, появляется термически сгенерированное напряжение и выдает ошибку в выход. Однако автоматическое равное и противоположное напряжение вводится последовательно с тепловой ошибкой. Это отменяет погрешность и поддерживает эквивалентную температуру холодного спая в широком диапазоне температур окружающей среды с высокой степенью точности. Интегрируя медные выводы с холодным спаем, термопара сам материал не подключен к выходному терминалу измерительное устройство, тем самым исключая вторичные ошибки.

Метод термоэлектрического охлаждения

Omega¨ TRC Thermoelectric Эталонная камера ice pointTM опирается на фактическое равновесие льда и дистиллированной, деионизированной воды и атмосферного давления для поддержания нескольких эталонных лунок точно при 0°C. Колодцы вытянуты в герметичную цилиндрическую камеру, содержащую чистую дистиллированная, деионизированная вода.

Наружные стенки камеры охлаждаемые термоэлектрическими охлаждающими элементами, вызывающими замерзание воды в ячейке для работы в качестве эталона холодного спая. Увеличение объема при замораживании льда оболочка на клеточной стенке ощущается расширением меха который приводит в действие микропереключатель, обесточивающий охлаждающий элемент. Попеременное замораживание и оттаивание ледяной оболочки точно поддерживает температуру окружающей среды 0°C вокруг эталонных лунок. Приложение схема показана на рис. №3.

Полностью автоматическая работа устраняет необходимость частого внимания требуются обычные ледяные ванны. Показания термопары могут быть сняты непосредственно из справочных таблиц ледовых точек без внесения поправок на справку температура соединения.

Использование эталонной камеры

Портативная эталонная калибровочная камера Ice Point™
Новая эталонная камера ice point™ TRCIII-A — последнее дополнение к линейке эталонных калибровочных приборов OMEGA. Эталонная камера TRCIII-A ice point™ основана на равновесии льда и дистиллированной деионизированной воды при атмосферном давлении, что позволяет поддерживать в шести эталонных скважинах температуру точно 0°C.

Любая комбинация термопар может быть используется с этим прибором, просто вставив эталонные спаи в эталонных скважинах. Калибровка другого типа температуры также могут быть выполнены датчики при 0°C. Ссылки на обогреваемые печи: В двойной печи используются две печи с регулируемой температурой. для имитации эталонных температур точки льда, как показано на рис. 4. Две печи используются при разных температурах, чтобы получить эквивалент низкой эталонной температуры, отличной от температуры той или иной печи.

Например, выводы термопары типа К зонд соединены с печью на 150° для производства Chromega¨-Alomega¨ и переход Alomega-Chromega при 150 ° F (2,66 мВ каждый).