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열전대 전압 및 온도

K형, J형, T형, E형 열전대의 고온 접점 온도와 냉접점 보상으로부터 열전대 EMF 전압을 계산합니다.

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공식

E = S × (T_hot − T_cold)

참고: NIST Monograph 175

S— 제벡 계수 (K: 41μV/°C) (μV/°C)

T— 온도 (°C)

작동 방식

이 계산기는 -270~+2300C의 온도를 측정하는 공정 엔지니어, 계측 기술자 및 제어 시스템 설계자에게 필수적인 Sebeck 효과를 사용하여 온도에서 열전대 EMF를 계산합니다. 열전대는 고온 (측정) 접합부와 저온 (기준) 접점 사이의 온도 차이에 비례하여 전압을 생성합니다. E = S * (T_hot - T_cold), 여기서 S는 UV/c 단위의 Seebeck 계수입니다. NIST ITS-90 써모커플 테이블 (모노그래프 175) 은 표준 계수를 정의합니다. 타입 K (크로멜-알루멜) = 41 uV/c, 타입 J (철-콘스탄탄) =51 UV/c, 타입 T (구리-콘스탄탄) = 43 UV/c, 타입 E (크로멜-콘스탄탄) = 68 UV/c (최고 감도).기준 접합부가 0°C가 아닌 기기 온도에 있기 때문에 냉접점 보상 (CJC) 은 필수입니다. 선형 Seebeck 근사값은 100°C 범위에서 +/ -2-3% 의 정확도를 제공합니다. 정밀 응용 분야의 경우 NIST 다항식 테이블은 IEC 60584-1:2013 에 따라 +/-0.02C의 정확도를 제공합니다.

계산 예제

문제: K형 열전대는 850°C에서 용광로를 측정합니다. 기기 단자대는 28C에 있습니다. 0C를 기준으로 측정된 EMF, CJC 보정 및 실제 전압을 계산하십시오.

해결 방법: 1.K형 시벡 계수: S = 41 uV/c (NIST 평균 0-1000°C) 2.온도차: dT = T_hot - T_Cold = 850 - 28 = 822°C 3.측정된 EMF: e_MEAS = 41* 822 = 33,702 uV = 33.70 mV 4.콜드 접합 보정: e_CJC = 41 * 28 = 1,148 uV = 1.15 mV 5.트루 EMF (참조 0 C): e_True = e_MEAS + e_CJC = 33.70 + 1.15 = 34.85 mV 6.검증: 850°C = 35.313mV에서의 NIST 타입 K 테이블 (선형 근사 오차 = 1.3%)

결과: 측정된 EMF는 33.70mV입니다. CJC 보정 후 실제 EMF는 0°C 빙점을 기준으로 한 34.85mV입니다.+/-0.5°C 정확도를 얻으려면 NIST 다항식 테이블을 사용하십시오.

실용적인 팁

✓ASTM E230 요구 사항에 따라 커넥터에 Seebeck 접합부가 추가로 생성되지 않도록 써모커플과 동일한 합금 연장 와이어 (타입 K 센서를 사용하는 타입 K 익스텐션) 를 사용하십시오.
✓1000°C 이상의 온도에서는 크롬 산화로 인해 타입 K 정확도가 저하됩니다. IEC 60584-2에 따라 최대 1600C까지 +/ -0.25% 의 정확도를 얻으려면 타입 R 또는 S (백금-로듐) 로 전환하십시오.
✓통합 CJC가 포함된 전용 써모커플 증폭기 IC (AD8495, MAX31855) 는 직접 디지털 출력을 제공하여 신호 컨디셔닝을 단일 부품으로 단순화합니다.

흔한 실수

✗냉접점 보정 무시: K 타입의 단자가 0°C가 아닌 30°C인 경우 오류는 30*41 = 1230 uV = 30C 온도 오차입니다. 최신 기기에는 자동 CJC가 포함되지만 구형 계측기는 그렇지 않을 수 있습니다.
✗잘못된 열전대 유형 교정 사용: K형 케이블과 J형 케이블이 동일하게 보입니다. K 와이어에 J 교정을 적용하면 IEC 60584-1 편차 표에 따라 800°C에서 최대 50°C까지 오류가 발생합니다.
✗전원 케이블 근처에 써모커플 연장 와이어 배선: 밀리볼트 신호가 유도적으로 연결됩니다. IEEE 518에서는 최소 50mm의 이격 또는 꼬인 차폐 써모커플 연장 와이어를 사용해야 합니다.

자주 묻는 질문

냉접점 보정이 필요한 이유는 무엇입니까?

써모커플은 절대 온도가 아니라 고온 접합부와 저온 접합부 사이의 온도 차이를 측정합니다.저온 접점 (기기 단자) 이 0C가 아닌 경우 측정값에 오프셋이 포함됩니다.CJC는 별도의 센서 (서미스터 또는 RTD) 로 단자 온도를 측정하고 이에 상응하는 전압 보정을 추가합니다.CJC를 사용하지 않을 경우 단자 온도가 25C이면 25C 측정 오류가 발생합니다.최신 트랜스미터에는 자동 CJC가 포함되어 있으므로 ISA-MC96.1 요구 사항에 따라 활성화되고 교정되었는지 확인하십시오.

범용 용도에 가장 적합한 써모커플 유형은 무엇입니까?

타입 K (크롬-알루멜) 은 업계 표준으로, IEC 60584-1 클래스 2에 따라 41 uV/c 감도와 +/-2.2C 또는 +/ -0.75% 의 정확도 (둘 중 더 큰 쪽) 를 포괄합니다.이는 산업용 써모커플 설비의 80% 를 차지합니다.T 타입은 습한 환경에서 정확도 (+/-1C) 와 산화 저항성이 우수하기 때문에 저온 (-200 ~ +350C) 에서 선호됩니다.타입 J는 더 높은 감도 (51UV/c) 를 제공하지만 최대 +760C로 제한됩니다.

선형 Seebeck 근사는 얼마나 정확합니까?

선형 근사치는 교정점 주변 100C 범위에서 +/ -2-3% 로 대부분의 산업 모니터링에 적합합니다.NIST 모노그래프 175는 정밀 측정이나 넓은 온도 범위의 경우 +/-0.02C 정확도를 달성하는 다항식 계수를 제공합니다.다항식은 열전대 유형과 온도 범위에 따라 9~14개의 항으로 구성됩니다.마이크로컨트롤러 구현에서는 일반적으로 최소 계산으로 +/-0.1C 정확도의 선형 보간이 포함된 룩업 테이블을 사용합니다.