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浅谈关于K型热电偶校准方程、精度和校准误差以及计算冷端电压

来源:发表时间:2019-07-31


使用有理多项式函数进行高效的电压到温度转换和温度测量
      1、K型热电偶校准方程
      2、K型热电偶精度和校准误差
      3、计算K型热电偶冷端电压
      热电偶通配卡可自动将测量的电压转换为温度,并具有高精度。但是,如果您不使用热电偶通配符,但寻找K型热电偶测量的精确公式,我们希望此处的K型热电偶校准系数和方法是有用的。用于电压到温度转换的等式通常使用高阶多项式。美国国家标准与技术研究院(NIST)提供热电偶值数据库和符合K型热电偶数据的高阶多项式公式曲线。然而,NIST提供的多项式方程并不像它们应该的那样准确 - 它们产生拟合误差,因为高阶多项式函数围绕数据振荡,如NIST多项式与K型热电偶数据的这些曲线拟合所示。幸运的是,有更准确的方法来拟合数据 - 使用有理多项式函数。本页介绍如何使用有理多项式函数准确有效地将K型热电偶电压转换为温度 - 比使用NIST的高阶多项式更为重要。
1、K型热电偶校准方程
      有理多项式函数近似为K型热电偶被用于从所测量的热电偶电势计算温度。校准方程使用两个较小阶多项式的比率而不是一个大阶多项式。使用最小二乘曲线拟合程序,我们符合美国国家标准与技术研究院(NIST)K型热电偶数据,具有以下形式的合理函数,


      其中T是热电偶温度(单位为°C),V是热电偶电压(以毫伏为单位),T o,V o和p i和q i是系数。该函数使用两个多项式的比率P / Q,在这种情况下是四阶多项式到三阶多项式。等式的第二种形式强调最有效的操作顺序。通过对K型热电偶的NIST数据进行最小二乘曲线拟合,找到系数T o,V o,p i和q i。整个温度范围分为几个子范围,每个子系数使用不同的系数。系数,拟合数据和残差的图表可以在这种K型热电偶数据的Excel电子表格中找到。
下表包含K型热电偶线的校准系数。


2、K型热电偶精度和校准误差
      下图显示了使用多项式的有理函数校准热电偶后的残留误差。


      图2用多项式的有理函数校准热电偶后的K型热电偶残余温度误差。上图中的大部分残余误差是由NIST提供的电压值舍入到最接近的微伏。您可以将舍入错误视为数据中的别名或莫尔模式。有理函数近似对数据进行良好插值,使得计算出的温度值比残差图所示的更准确。
3、计算K型热电偶冷端电压
      您的K型热电偶可以在0°C以外的冷端温度下端接。如果是这样,您必须使用另一个传感器(可能是热敏电阻)测量冷端的温度。然后,您可以根据测量的温度计算冷端电压,并在将热电偶电压转换为温度之前使用它来补偿 K型热电偶电压。在这种情况下,您需要逆变换,即将温度转换为电压的等式。由于冷端可能放置在环境温度下,因此在宽温度范围内不需要有效的等式。通常-20至+ 70°C的范围就足够了。要将温度转换为电压,您可以再次使用形式的有理函数近似,


      其中T CJ是冷结温度,V CJ是计算的冷结电压,并且T 0,V 0,p i和q i是系数。要了解有关冷端补偿的更多信息,可以参考如何进行冷端补偿,您可以在此处找到系数:
K型冷端补偿方程。

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