PT100熱阻/熱電偶、雙金屬溫度計

熱電偶的測溫原理

熱電偶是溫度測量儀常用的測溫元件，從兩種不同成分的導(dǎo)體的兩端接合電路時，如果兩接合點的熱電偶的溫度不同，則在電路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。 如果熱電偶的工作端和參照端存在溫度差，則顯示器會顯示與熱電偶產(chǎn)生的熱電勢對應(yīng)的溫度值。 熱電偶的熱電熱隨著測量端的溫度升高而增加，其大小僅與熱電偶的材料和兩端的溫度有關(guān)，與熱電偶的長度、直徑無關(guān)。 各種熱電偶的外形因需求而異，但基本結(jié)構(gòu)基本相同，通常由熱電極、絕緣蓋保護管和端子箱等主要部分構(gòu)成，通常與顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器組合使用。

優(yōu)勢包括:

①測量精度高。 由于熱電偶直接與被測對象接觸，因此不受中間介質(zhì)的影響。 ②測量范圍廣。 通常的熱電偶可以從-50"+1600℃開始連續(xù)測量，特定的特殊熱電偶zui可以測量到-269℃(例如，金鐵鎳鈷合金)，zui可以測量到+2800℃(例如，鎢-錸)。 ③結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。

熱電偶通常由兩種不同的電線組成，且不受大小和開頭限制，外面有保護套，使用方便。

1 .熱電偶的種類和結(jié)構(gòu)形成

(1)熱電偶的種類

常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩類。 調(diào)用的標準熱電偶是指國家標準規(guī)定了熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、統(tǒng)一的標準尺度的熱電偶，有與其配套的顯示器。 未標準化的熱電偶不及使用范圍或數(shù)量級標準化的熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的標度表，主要用于特殊情況下的測量。 標準化熱電偶我國自1988年1月1日起，熱電偶和熱阻均按IEC國際標準生產(chǎn)，將s、b、e、k、r、j、t 7種標準化熱電偶指定為中國統(tǒng)一設(shè)計型熱電偶。

2 .熱電偶冷端的溫度補償

由于熱電偶的材料一般很貴重(特別是采用貴金屬時)，因此從測溫點到儀表的距離較遠，為了節(jié)約熱電偶材料、降低成本，通常使用補償導(dǎo)線將熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室，并與儀表端子連接。 必須指出，熱電偶補償導(dǎo)線的作用只是將熱電偶的冷端子移動到控制室的儀表端子，不能消除冷端子的溫度變化對測溫的影響，不能進行補償。 因此，為了補償冷卻溫度t0&ne，還需要其他修正方法，對0℃下的測溫產(chǎn)生影響。 使用熱電偶補償導(dǎo)線時，要注意形式一致，不能搞錯極性，補償導(dǎo)線和熱電偶連接端的溫度不得超過100℃。

(3)熱電偶的結(jié)構(gòu)形式

為了確保熱電偶可靠穩(wěn)定地工作，其結(jié)構(gòu)要求如下

1補償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接應(yīng)簡單可靠，雙保護套應(yīng)保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。 3構(gòu)成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固，四個熱電極必須相互絕緣，防止短路

3 .熱電偶測溫的基本原理

焊接兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體a和b，構(gòu)成圖2-1-1所示的閉環(huán)。 當導(dǎo)體a和b的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫度差時，在兩者之間產(chǎn)生電動勢，在電路中產(chǎn)生大電流的現(xiàn)象被稱為熱電效應(yīng)。 熱電偶利用這個效果發(fā)揮作用。

測溫電阻體的測溫原理

在工業(yè)應(yīng)用中，熱電偶一般適于測量500℃以上的高溫。 在500℃以下的中低溫度下，熱電偶的輸出熱電勢小，二次計的放大器、抗噪聲對策等要求高，否則測定變得困難，并且，在比較低的溫度區(qū)域，由冷端溫度的變化引起的相對誤差也非常顯著。 因此，測量過程中，低溫度一般使用測溫電阻溫度計是合適的。

1 .測溫電阻體的測溫原理與熱電偶的測溫原理不同的是，測溫電阻體根據(jù)電阻體的熱效應(yīng)進行溫度測量，即電阻體的電阻值隨溫度的變化而變化的特性。 因此，只要測量熱敏電阻的電阻值變化，就可以測量溫度。 目前主要有金屬測溫電阻體和半導(dǎo)體測溫電阻體兩種。 金屬熱電阻體電阻值和溫度為Rt=Rt0[1+&alpha； ( t-t0)]式中，Rt為溫度t時電阻值Rt0為溫度t0 (通常t0=0℃)時的對應(yīng)電阻值&alpha； 是溫度系數(shù)。 半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻值和溫度關(guān)系取決于Rt=AeB/t式中Rt為溫度t時的電阻值a、b是半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。 與此相比，熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高(通常數(shù)千歐元以上)，但互換性差，非線性嚴重，測溫范圍為-50~300℃左右，多用于家電和汽車用的溫度檢測和控制。 金屬熱阻一般應(yīng)用于-200~500℃范圍內(nèi)的溫度測量，其特點是測量準確，穩(wěn)定性好，性能可靠，在過程控制中應(yīng)用極為廣泛。

2、熱阻的結(jié)構(gòu)形式類似于熱電偶溫度傳感器，工業(yè)上常用的熱阻主要有普通的組裝式熱阻和護套熱阻兩種類型。 一般的組裝式熱電阻由感溫體、有銹鋼的外保護管、端子箱以及各種用途的固定裝置構(gòu)成，安裝固定裝置有固定外螺紋、可動法蘭、固定法蘭和帶固定螺栓的錐形保護管等形式。 套管測溫電阻外保護套采用不銹鋼，填充高密度氧化物絕緣體，具有較強的抗污染性能和優(yōu)異的機械強度。 與前者相比，護套熱阻具有直徑小、易彎曲、抗震性好、熱響應(yīng)時間快、壽命長的優(yōu)點。 對于一些特殊測溫，可以選擇一些專業(yè)的測溫電阻體。 例如，測量固體表面溫度時可選擇端面電阻體，容易燃燒時可選擇防爆型的測溫電阻體，測量振動設(shè)備的溫度時可選擇具有防振結(jié)構(gòu)的測溫電阻體。 　

3、測溫電阻體的信號連接方式測溫電阻體是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要將電阻信號通過導(dǎo)線傳遞給計算機控制裝置或其他一次儀表。 工業(yè)熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，與控制室之間有一定的距離，熱電阻引線對測量結(jié)果有很大影響。 現(xiàn)在，測溫電阻體的導(dǎo)線主要有3種方式○1二線方式:將在測溫電阻體的兩端分別連接1根導(dǎo)線來引出電阻信號的方式稱為二線方式:該導(dǎo)線方式簡單，但是連接導(dǎo)線必須存在導(dǎo)線電阻r，r的大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度的要素有關(guān) 該導(dǎo)線方式僅適用于測量精度低的情況○2三線方式:將一根導(dǎo)線連接在測溫電阻體的根部的一端，將兩根導(dǎo)線連接在另外一端的方式稱為三線制，該方式通常與橋組合使用，能夠很好地消除導(dǎo)線電阻的影響，工業(yè)過程控制中的zuu ○3四線式:在熱電阻體根部的兩端各連接2根導(dǎo)線的方式稱為四線式，其中2根導(dǎo)線向熱電阻體供給恒定電流I，將r轉(zhuǎn)換為電壓信號u，用另外2根導(dǎo)線將u導(dǎo)入二次計。 該引線方式可完全消除引線電阻的影響，可知主要用于高精度的溫度檢測。

4、工業(yè)上常用的金屬熱電阻體，從電阻的溫度變化來看，幾乎所有的金屬導(dǎo)體都具有這種性質(zhì)，但并不能作為測熱電阻體使用。 作為熱電阻體的金屬材料，一般具有盡可能大、穩(wěn)定的溫度系數(shù)、電阻率大(以相同的靈敏度減小傳感器的尺寸)、在使用的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)物性、材料的轉(zhuǎn)印性良好、電阻值對應(yīng)于溫度變化而具有之間的值的函數(shù)關(guān)系( zui具有線性關(guān)系) 目前應(yīng)用zui的廣泛熱阻材料是鉑和銅:鉑的電阻精度高，適用于中性和氧化性介質(zhì)，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越小的銅電阻在測溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系，適用于溫度線數(shù)越大、無腐蝕的介質(zhì)，容易氧化超過150 中國zui常用的是R0=10&Omega，R0=100&Omega； 和R0=1000&Omega； 還有一些其他的。 這些索引號分別為Pt10、Pt100、Pt1000。銅電阻為R0=50&Omega； 和R0=100&Omega； 兩種情況下，這些索引號是Cu50和Cu100。 其中Pt100和Cu50的應(yīng)用zui廣泛。

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