隔爆耐磨鎧裝熱電偶：簡單但容易誤解

較低的隔爆耐磨鎧裝熱電偶可能是使用最廣泛的傳感器類型，但許多人不了解它的工作原理。那是因為那里的許多描述都弄錯了，并且錯誤信息不斷流傳。我曾經(jīng)認(rèn)為該錯誤信息是正確的，但僅此而已。措辭如下：
      上海自動化儀表三廠隔爆耐磨鎧裝熱電偶由兩種不同的金屬制成，形成一個結(jié)。該結(jié)兩端會產(chǎn)生隨溫度變化的電壓。
      兩種金屬相遇的結(jié)處沒有產(chǎn)生電壓。實際上發(fā)生的是塞貝克效應(yīng)的結(jié)果，如《大不列顛百科全書》所述：
      塞貝克效應(yīng)，電動勢（emf）的產(chǎn)生以及因此當(dāng)兩個結(jié)保持在不同溫度下時由至少兩個不同導(dǎo)體組成的材料回路中的電流。導(dǎo)體通常是金屬，盡管它們甚至不必是固體。德國物理學(xué)家托馬斯?約翰?塞貝克（1821）發(fā)現(xiàn)了這種效應(yīng)，塞貝克效應(yīng)用于以很高的靈敏度和精度測量溫度（請參見隔爆耐磨鎧裝熱電偶），并為特殊應(yīng)用生成電能。
      如果您使用給定金屬成分的電線，并且其長度上存在溫度梯度，則沿著電線會產(chǎn)生一種金屬特性的電壓。在相同條件下，由不同金屬制成的電線將在其兩端產(chǎn)生不同的電壓。因此，電壓跨過導(dǎo)線，而不跨過兩種金屬的結(jié)。圖1a 是錯誤的。

      圖1b 顯示了實際情況。在這種情況下，假設(shè)在熱塊處的導(dǎo)線的端部都在0℃，并且導(dǎo)線的接合處在溫度T 1。因此，導(dǎo)線上的溫度梯度是相同的。由于電線是用不同的材料制成的，因此每條電線上都會產(chǎn)生不同的電壓，如V 1 和V 2所示。它們之間的差異是電壓與溫度成正比。溫度/電壓關(guān)系V T＝ V 1 -V 2 當(dāng)然是非線性的。幸運的是，對于許多?來說，它是可預(yù)測的并有據(jù)可查。
      為簡單起見，我假設(shè)T 0 為0°C。但是，您不能僅僅為了獲得已知溫度就將電線放在冰浴中。數(shù)字溫度計中使用的熱塊具有另一個溫度傳感器，最好嵌入在熱塊中。通常，這是一個集成的IC傳感器，其輸出與溫度成線性比例，甚至可能是具有數(shù)字輸出的智能傳感器。在一個已知溫度下，數(shù)字溫度計可以通過軟件基于V T 和所使用的隔爆熱電偶類型來計算未知電壓。
      還有其他問題。在某些時候，到電路的連接將是銅制PCB走線。因此，系統(tǒng)中實際上將有更多的隔爆熱電偶構(gòu)成隔爆耐磨鎧裝熱電偶線連接到系統(tǒng)的位置（圖2）。軟件也可以彌補(bǔ)這一點。

      如果要設(shè)計將使用隔爆耐磨鎧裝熱電偶的嵌入式系統(tǒng)，則在對隔爆耐磨鎧裝熱電偶電壓進(jìn)行采樣之前，還需要一些信號調(diào)節(jié)電路。一方面，隔爆熱電偶的輸出單位為微伏/°C。最好也使用差分輸入，以避免可能導(dǎo)致錯誤的接地環(huán)路。