于是,我就问他,您使用什么传感器测温度的呢?很多客户都会采用价格便宜的热电偶来测试。客户就说是热电偶。我问:测得的温度是如何变化的?第一种说,我就直接放在室温环境中,温度有三十多读度左右,也比较稳定;第二种说法是:我的产品在逐渐升温,但是测试数据结果却是一直下降的。有趣的事情来了,温度上升,测试的结果是却是反方向变化,室温中温度居然有30多度。我和客户确认了相关测试参数的设置,客户也保证了热电偶没有损坏。最后,我想到了一个问题,我弱弱地问他,您的热电偶极性接对吗?“极性”,什么极性?客户也是摸不着头脑。我就换个方式问,热电偶的正负极,您接对了没有?客户明白过来,却还是有所疑问,热电偶也有正负,我没听说啊?呵呵,确实如此,对于热电偶不了解的人来说,可能真不知道这回事。您有没有犯过这种小错误呢?
热电偶测温基本原理是将两种不同材料的导体或半导体焊接起来,构成一个闭合回路。由于两种不同金属所携带的电子数不同,当两个导体的二个执着点之间存在温差时,就会发生高电位向低电位放电现象,因而在回路中形成电流,温度差越大,电流越大,这种现象称为热电效应,热电偶就是利用这一效应来工作的。
对于热电偶来说,温度的变化会带来热电偶两端的压差变化。随着温度升高,热电偶两端的电势差也会变大。如果极性接反了,实际上整个测试回路的电压差就会降低。所以会看到,待测温度在逐渐升高,万用表出的电压却会降低。通过仪器的内部查温度电压转换表(温度与电压关系表,二者成正比关系),得到实测温度的降低。
热电偶大概可以分为B,E,J,K,N,R,S,T等几种,每种热电偶的材料跟不相同。如下图1 所示。
图1:不同的热电偶类型给出了相应的材料组成以及极性的标准
图2显示的是热电偶的电路原理图, 从中来判断我们上述的推断是否正确。其中Vx是热电偶两端子间的电势差,V是数据采集仪中万用表在接线端子出的电压,Vref是等温参考的电压。
图2:热电偶等效参考电路测试原理
我们从热电偶的电路原理图来判断上述的推断是否正确。对于图2中的结构图,若极性接反,等效参考电路则会发生变化,这时万用表实测的V=Vref -Vx,而不是图二中的V= Vx- Vref
随着温度升高,无论热电偶极性连接是否正确,Vx都会增大。极性接反,万用表实测的V就会减小。当仪器进行电压温度转换,我们需要知道Vx来表征测试的温度,但是仪器并不知道热电偶接反了,并仍按照公式Vx=V+Vref进行,因为我们知道V在减小,因此Vx也在减小,相应的温度就会降低。
在购买Agilent 34970系列的数据采集器的时候,会赠送一根热电偶,即J型热电偶。其中白色导线是正极,红色导线是负极,这个极性的定位可能会颠覆客户的认知,因为我们一般用红线表示正极。
综上所示,用热电偶测量温度除了要配置参数正确,还要注意连接是否正常。每种热电偶的由两种不同导线组成,颜色不同代表的极性也不同。