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干扰来源
电磁干扰:周围的电磁场,如电机、变压器、变频器等设备产生的电磁场,可能会对 K 电偶的信号产生干扰,导致测量值不准确
静电干扰:在干燥的环境中,静电的产生和积累较为常见。当 K 电偶与其他物体之间存在静电电位差时,静电放电可能会干扰电偶的正常工作,影响测量信号的稳定性。
高温漏电干扰:在高温环境下,K 电偶的绝缘性能可能会下降,导致漏电现象的发生。漏电电流会混入测量信号中,从而干扰测量结果,尤其在使用耐火砖等绝缘材料的炉壁附近,这种干扰更为明显
接地环路干扰:当多个设备或仪表连接在一起时,如果它们的接地电位不同,就会形成接地环路。接地环路中的电流会在信号回路中产生干扰电压,影响 K 电偶测量信号的准确性
解决方法
隔离法:将 K 电偶悬空安装,避免其与炉壁的耐火砖等物体接触,同时在 K 电偶与支架之间采用绝缘物进行隔离。这样可以有效预防高温漏电干扰,减少因接触而引入的干扰信号
屏蔽法:把 K 电偶的补偿导线穿在铁管或其他金属屏蔽物内进行屏蔽。金属屏蔽物能够阻挡外界的电磁干扰和高压电场的干扰,防止干扰信号进入补偿导线。使用时需将铁管和屏蔽物进行良好接地,并将补偿导线绞起来,以增强屏蔽效果
接地法:接地法有两种形式。一是 K 电偶参考端接地,即将 K 电偶(或补偿导线)输出端的一端通过一个足够大的电容接地,条件许可时电容越大越好,这样可以将干扰信号引入大地;二是 K 电偶测量端接地,从 K 电偶的测量端引出一根耐高温且对 K 电偶电极无害的金属丝接地,该方法对高温漏电干扰有很好的预防效果
滤波法:在 K 电偶的信号输出端或放大器的输入端接入滤波器,可以有效滤除干扰信号中的高频成分,使测量信号更加平滑稳定。常见的滤波器有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等,可根据干扰信号的频率特性选择合适的滤波器类型
补偿导线的正确选择与布线:选择与 K 电偶匹配的补偿导线,并根据使用场合确定合适的工作温度范围。布线时要让热电偶接线端的两个接点尽可能靠近,且保持两个接点温度相似,同时仪表接线端连接处也要尽可能温度一致。此外,补偿导线应远离动力线和其他干扰源,在避免不了穿越的地方,应尽可能采用交叉方式,而不要平行布线,以减少干扰耦合
软件滤波:如果不想对硬件进行改动,可以在软件上进行数字滤波处理,如采用 IIR(无限脉冲响应)或 FIR(有限脉冲响应)滤波器等算法,对采集到的温度数据进行滤波处理,去除干扰成分,提高测量精度
K 电偶干扰问题的实际案例:
烤箱温度计的干扰问题及解决:在使用 K 型热电偶制作机械温控烤箱的温度计案例中,发热丝加热时对热电偶产生干扰,导致温度波动大。最终采取的解决方法是在热电偶输入端并联一个 10uF 的电解电容,同时在软件上进行数字滤波,采用 IIR 或 FIR 滤波器对采集到的温度数据进行处理,从而有效减少了干扰,使温度测量更加稳定
高温炉中 K 型热电偶的干扰问题及解决:在一个拥有 PID 控制的高温炉实验中,当炉内某一个连接到 DAQ 卡的 K 型热电偶温度接近 1000k 时,同一 DAQ 卡上的其他热电偶读数开始快速波动。研究发现,问题并非是单一热电偶在高温下故障,而是当炉内电源开启且该热电偶处于高温时,DAQ 卡会拾取到干扰信号。通过将出现问题的热电偶与其他热电偶的位置进行调换,发现干扰问题会随着该高温热电偶移动,即与该热电偶处于同一 DAQ 卡上的其他热电偶会受其影响而出现波动。最终通过进一步排查和分析,确定了干扰产生的具体原因,并针对性地采取了相应的解决措施,如优化接地、对信号线路进行更好的屏蔽等,从而解决了干扰问题,保证了热电偶测量温度的准确性.
陶瓷绝缘 K 型热电偶的固定问题及解决:对于像 PK-1000 型号这样的高温 K 型热电偶,其尖端的纤维固定一直是个问题。之前尝试过使用 PE 塑料收缩管,但在 1800 华氏度(1000 摄氏度)的高温下,塑料会熔化和燃烧,而各种陶瓷胶水或水泥的效果也不理想。最终的解决方案是使用一根与热电偶丝相同材质的铬镍合金薄金属丝,将陶瓷纤维在尖端附近紧紧缠绕。即使缠绕的金属丝与热电偶丝接触,也不会影响温度读数,很好地解决了高温下热电偶的固定和绝缘问题
在实际应用中避免 K 电偶干扰问题的方法:
正确选择和安装补偿导线
选型匹配:根据所使用的 K 型热电偶,选择对应的 K 型补偿导线,并且要依据具体的使用场合,确定合适的工作温度范围,例如普通级的 KX 补偿导线工作温度为 - 20℃~100℃,宽范围的为 - 25℃~200℃
布线要求:补偿导线布线应远离动力线和其他干扰源,在无法避免穿越的地方,要尽可能采用交叉方式,而不要平行布线,以减少干扰耦合。通常情况下,使用热电偶补偿导线的长度控制在 15 米内比较好,如果超过 15 米,建议使用温度变送器进行信号传送,以增强抗干扰能力。
采用隔离法
避免接触:将 K 型热电偶悬空安装,使其不与炉壁的耐火砖等物体接触,同时在热电偶与支架之间采用绝缘物进行隔离,这样可以有效预防高温漏电
运用屏蔽法
导线屏蔽:把 K 型热电偶的补偿导线穿在铁管或其他金属屏蔽物内进行屏蔽,金属屏蔽物能够阻挡外界的电磁干扰和高压电场的干扰,防止干扰信号进入补偿导线 。使用时需将铁管和屏蔽物进行良好接地,并将补偿导线绞起来,以增强屏蔽效果
使用接地法
参考端接地:将 K 型热电偶(或补偿导线)输出端的一端通过一个足够大的电容接地,条件许可时电容越大越好,这样可以将干扰信号引入大地
测量端接地:从 K 型热电偶的测量端引出一根耐高温且对 K 型热电偶电极无害的金属丝接地,该方法对高温漏电干扰有很好的预防效果
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