热电偶传感器:是什么,类型和购买指南用户推荐
发布时间:2020-12-07 13:55:05来源:
热电偶是一种用于温度测量的设备,由多种传感器类型组成,供消费者选择。从K型热电偶到J型,T型等等,了解它们的区别并购买适合您下一个热电偶Arduino项目的产品可能不是一件容易的事!
不过,请不要害怕,通过本指南,我将通过解释为您提供帮助:
- 什么是热电偶?
- 热电偶如何工作?
- 什么是热电偶?
- 如何选择热电偶?
- 如何在Arduino上使用热电偶?
什么是热电偶?定义
热电偶是由两块金属制成的传感器,用于测量温度。将这两块金属的一端焊接在一起,形成一个用于测量温度的结点。
热电偶如何工作?
热电偶的工作原理
热电偶基于塞贝克效应原理(也称为热电效应)工作,该原理是德国物理学家托马斯·约翰·塞贝克在18世纪发现的。
塞贝克效应指出,当两种不同的金属在两个结处连接在一起时,会产生电动势(emf)。
为了进一步了解该工作原理,我们将看一下热电偶电路!
热电偶电路说明
下图展示了热电偶中常见的电路。这是热电偶在此图中的工作方式:
- 将两块金属的一端焊接在一起,形成连接
- 热结是产生温度的热源
- 温度变化时,金属之间会产生电压差
- 然后参考热电偶参考表来解释要计算的温度的电压
热电偶有什么作用?
现在我们已经了解了热电偶的工作原理,现在我们来看看它的应用。
热电偶不仅用于工业应用,而且还用于日常电器中:
- 工业应用:
- 金属的温度测量
- 窑,发动机,过程的温度测量
- 食品工业; 牛奶巴氏杀菌和低温
- 日常应用:
- 热电偶炉
- 炉子
- 烤面包机
总体而言,热电偶是一种广泛用于测量和控制的温度传感器,尽管与其他类型的温度传感器(如RTD和恒温器)相比存在差异。稍后我们将讨论差异。
热电偶,RTD,热敏电阻之间有什么区别?
可以将热电偶与RTD和热敏电阻一起进行比较,因为它们都是用于温度测量的常见传感器类型。
注意:下表仅供比较,每个传感器的适用性取决于您要使用的传感器
热电阻 | 热敏电阻 | 热电偶 | |
---|---|---|---|
如何测量温度 | 使用金属电阻器并通过电阻变化测量温度 | 使用陶瓷/聚合物电阻器并通过电阻变化测量温度 | 使用两根金属线并通过结中的电压差测量温度 |
典型温度范围 | -200至650°C | -100至325°C | 200至1750°C |
成本 | 最贵的 | 成本适中 | 最低 |
感应灵敏度 | 灵敏度差,一般响应时间为1至50s | 灵敏的响应时间 | 灵敏度高,一般响应时间为0.10至10s |
线性度 | 相当线性 | 指数的 | 非线性的 |
热激发 | 必需,当前来源 | 必需,电压源 | 不需要 |
长期稳定性 | 稳定,0.05°C | 稳定,0.2°C | 变量 |
最适合 | 读数更稳定,典型精度为±0.1°C | 读数一致,典型精度为±0.1°C | 更高的温度范围,典型精度为±0.5°C |
除了以上对热电偶,rtd和热敏电阻之间的比较之外,还经常讨论热电偶和热电堆之间的差异。
为了帮助您简单地理解,您只需要注意一个主要区别:
- 热电偶是由两块金属制成的传感器,用于测量温度。
- 热电堆是将热能转换为电能的设备
热电偶有哪些类型?
既然您已经了解了什么是热电偶及其工作原理,那么我们现在将更深入地探讨什么是热电偶?
有8种热电偶类型,分为“贱金属和贵金属”:
- 由贱金属制成的热电偶类型:
- K型
- J型
- T型
- E型
- N型
- 由贵金属制成的热电偶类型:
- R型
- S型
- B型
K型热电偶(最受欢迎)
毫无疑问,最流行的热电偶类型是K型热电偶。它以其宽广的温度范围和耐用性而闻名,是许多人考虑的一种!
以下是有关K型热电偶的所有信息:
使用的铅材料:
- 镍铬(+),铝(-)
色标:
- ANSI(美国):黄色(+),红色(-)
- IEC:绿色(+),白色(-)
温度范围:
- -200°C至1250°C
- 华氏度:–328至2,282F
准确性
- 标准:+/- 2.2°C或+/- 0.75%
- 特殊误差范围:+/- 1.1°C或+/- 0.4%
J型热电偶(功率比K小)
其次,在基本金属清单上是J型热电偶。尽管温度范围较小并且在较高温度下的感应能力较弱,但这仍然是常见的选择!
这是有关J型热电偶的所有信息:
使用的铅材料:
- 铁(+),君士坦丁(-)
色标:
- ANSI(美国):白色(+),红色(-)
- IEC:黑色(+),白色(-)
温度范围:
- -210至760°C
- 华氏度:–346至1,400F
准确性:
- 标准:+/- 2.2°C或+/- 0.75%
- 误差的特殊限制:+/- 1.1°C或+/- 0.4%
T型热电偶(低温选项)
第三,T型热电偶。通常用于需要极低温度的食品工业应用(例如低温),尽管温度范围较小,但它仍可提供较低的温度读数。
以下是有关T型热电偶的所有信息:
使用的铅材料:
- 铜(+),康斯坦丁(-)
色标:
- ANSI(美国):蓝色(+),红色(-)
- IEC:棕色(+),白色(-)
温度范围:
- -270至370°C
- 华氏度:–454至700F
准确性:
- 标准:+/- 1.0°C或+/- 0.75%
特殊误差极限:+/- 0.5°C或0.4%
E型热电偶(比K&J更高的精度)
在阅读标题之前,E型是最好的热电偶类型,因为它比流行的类型具有更高的精度,请耐心等待!
E型热电偶确实比K&J型提供更高的精度和更强的信号,但仅在中等温度以下时才有效!
这是关于E型热电偶的所有信息!
使用的铅材料:
- 镍铬(+),康斯坦丁(-)
色标:
- ANSI(美国):紫色(+),红色(-)
- IEC:紫色(+),白色(-)
温度范围:
- -200至900°C
- 华氏度:-328至1652F
准确性:
- 标准:+/- 1.7°C或+/- 0.5%
- 特殊误差限制:+/- 1.0C或0.4%
N型热电偶(K型的昂贵版本)
N型热电偶在温度极限和精度方面与流行的K型具有相似的功能,尽管价格更高。
这是有关N型热电偶的所有信息:
使用的铅材料:
- Nicrosil(+),Nisil(-)
色标:
- ANSI(美国):橙色(+),红色(-)
- IEC:玫瑰(+),白色(-)
温度范围:
- -270至392°C
- 华氏度:-454至2300F
准确性:
- 标准:+/- 2.2°C或+/- 0.75%
- 特殊误差限制:+/- 1.1°C或0.4%
S型热电偶(高温热电偶)
S型是三种贵金属型热电偶中的第一个。具有高温感应功能,通常用于有此要求的场合。这样的条件是制药工业,生物技术等。
以下是有关S型热电偶的所有信息:
使用的铅材料:
- 铂铑(+),铂(-)
色标:
- ANSI(美国):黑色(+),红色(-)
- IEC:橙色(+),白色(-)
温度范围:
- 0至1450°C
- 华氏度:32至2642F
准确性:
- 标准:+/- 1.5°C或+/- 0.25%
- 特殊误差限制:+/- 0.6°C或0.1%
R型热电偶(类似但比S型贵)
其次,三个贵金属型热电偶是R型。与S型相似,它具有高温感应功能。但是,R型比S型贵,因为它由较高百分比的铑组成。
以下是有关R型热电偶的所有信息:
使用的铅材料:
- 铂铑(+),铂(-)
色标:
- ANSI(美国):黑色(+),红色(-)
- IEC:橙色(+),白色(-)
温度范围:
- 0至1450°C
- 华氏度:32至2642F
准确性:
- 标准:+/- 1.5°C或+/- 0.25%
- 特殊误差限制:+/- 0.6°C或0.1%
B型热电偶(最高温度限制)
B列表最后是B型热电偶。以为R型和S型提供了高温限制?B类型通过在所有列出的温度中具有更高的温度限制来改进它!
它不仅提供了最高温度限制,而且还在那些高温下也保持了准确性和稳定性!
这是有关B型热电偶的所有信息:
使用的铅材料:
- 铂铑(+),铂铑(-)
色标:
- ANSI(美国):黑色(+),红色(-)
- IEC:橙色(+),白色(-)
温度范围:
- 0至1700°C
- 华氏度:32至3100F
准确性:
- 标准:+/- 0.5%
- 特殊误差限制:+/- 0.25%
所有热电偶类型有什么区别
这是所有热电偶类型之间的汇总比较表。您可以在决定如何选择热电偶时参考此信息
使用的铅材料 | 色标 | 温度范围 | 准确性 | |
---|---|---|---|---|
K型 | 镍铬(+) 铝(-) |
ANSI(美国):黄色(+),红色(-) IEC:绿色(+),白色(-) |
200°C至1250°C 华氏度:–328至2,282F |
标准:+/- 2.2°C或+/- 0.75% 特殊:+/- 1.1°C或+/- 0.4% |
J型 | 铁(+) 君士坦丁(-) |
ANSI(美国):白色(+),红色(-) IEC:黑色(+),白色(-) |
-210至760°C 华氏度:–346至1,400F |
标准:+/- 2.2°C或+/- 0.75% 特殊:+/- 1.1°C或+/- 0.4% |
T型 | 铜(+) 康斯坦丁(-) |
ANSI(美国):蓝色(+),红色(-) IEC:棕色(+),白色(-) |
-270至370°C 华氏度:–454至700F |
标准:+/- 1.0°C或+/- 0.75% 特殊:+/- 0.5°C或0.4% |
E型 | 镍铬(+) 康斯坦丁(-) |
ANSI(美国):紫色(+),红色(-) IEC:紫色(+),白色(-) |
-200至900°C 华氏度:-454至1600F |
标准:+/- 1.7°C或+/- 0.5% 特殊:+/- 1.0C或0.4% |
N型 | Nicrosil(+) Nisil(-) |
ANSI(美国):橙色(+),红色(-) IEC:玫瑰(+),白色(-) |
270至392°C 华氏度:-454至2300F |
标准:+/- 2.2°C或+/- 0.75% 特殊:+/- 1.1°C或0.4% |
S型 | 铂铑(+) 铂(-) |
ANSI(美国):黑色(+),红色(-) IEC:橙色(+),白色(-) |
0至1450°C 华氏度:-32至2642F |
标准:+/- 1.5°C或+/- 0.25% 特殊:+/- 0.6°C或0.1% |
R型 | 铂铑(+) 铂(-) 铑的百分比更高 |
ANSI(美国):黑色(+),红色(-) IEC:橙色(+),白色(-) |
0至1450°C 华氏度:-32至2642F |
标准:+/- 1.5°C或+/- 0.25% 特殊:+/- 0.6°C或0.1% |
B型 | 铂铑(+) 铂铑(-) |
ANSI(美国):黑色(+),红色(-) IEC:橙色(+),白色(-) |
0至1700°C 华氏度:32至3100F |
标准:+/- 0.5% 特殊:+/- 0.25% |
如何选择热电偶传感器?
选择热电偶最终取决于您打算使用的热电偶。在考虑以下因素之前,您可以首先参考上一节中的表格以全面了解所有热电偶类型:
温度范围:
- 对于最宽的温度范围:选择k型热电偶
- 为了在高温下保持稳定:请选择N型热电偶
- 对于低温用途:选择T型热电偶
您在以下环境中使用它的环境:
- 在没有化学或磨蚀的安全环境中使用;选择不接地的热电偶,因为它具有更快的响应时间
- 不接地的热电偶是裸露的热电偶线,不接触护套
- 为了在容易发生化学或磨损的环境中使用,接地的热电偶最有效
如何在Arduino上使用热电偶?
无论您是否已决定购买哪种类型的热电偶,
仅凭一个热电偶就不足以与Arduino配合使用。
因此,本节将提供有关可将热电偶与Arduino配合使用的产品的建议!
Grove –高温传感器使用K型热电偶温度检测,并带有热敏电阻来检测环境温度,作为温度补偿。
多亏了我们的Grove系统以及该传感器上的专用Grove端口,您可以通过即插即用将其连接到Arduino,从而使Arduino热电偶成为一个简单的现实!
热电偶放大器
您可以考虑将热电偶与Arduino配对的另一种选择是我们选择的热电偶放大器!
注意:我们选择的热电偶放大器都具有冷端补偿,并且内部有一个热电偶数字转换器。
您可能已经听说过MAX31855热电偶放大器,但是相比之下,基于MAX31850的热电偶放大器提供相同的分辨率。
它是专门为K型热电偶制造的,具有64位ROM和1线接口,允许仅一个微控制器使用多个热电偶!
另一个选择是基于MCP9600的热电偶放大器。与MAX31855相比,尽管使用相同的I2C接口,该选项仍可提供更高的分辨率。
与以前的热电偶放大器选项类似,该模块也设计为与k型热电偶一起使用!
概要
这就是今天有关热电偶和选择指南的全部内容。我希望通过这个博客,您对热电偶,类型以及如何为下一个热电偶Arduino项目选择合适的产品有了更多的了解!
有关我们提供的k型热电偶的更多信息,您可以查看我们的产品页面!
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