熱電阻和熱電偶的分類和基本概念點擊次數(shù): 76發(fā)表時間: 2009-11-19 19:06:48

一、溫度測量的基本概念

溫度是表示物體冷熱程度的物理量。 溫度只能通過隨溫度變化的物體特性間接測量，測量物體溫度值的比例稱為溫度比例。 規(guī)定溫度讀取開始點(零點)和測量溫度的基本單位。 現(xiàn)在國際上常用的溫度標(biāo)準是華氏、攝氏、熱力學(xué)溫度標(biāo)準和國際實用溫度標(biāo)準。

華氏溫度標(biāo)準( oF )在標(biāo)準大氣壓下，冰的熔點分為32度，水的沸點分為212度，中間分為180等分，苐yi次規(guī)定為新聞氏1度，符號為off。

攝氏溫度(℃)在標(biāo)準大氣壓下，冰的熔點分為0度，水的沸點分為100度，中間分為100等分，第1分為報紙氏1度，符號規(guī)定為℃。

熱力學(xué)溫度坐標(biāo)也稱為開爾文溫度坐標(biāo)，或者也稱為溫度坐標(biāo)，將分子運動停止時的溫度規(guī)定為零度，將記號規(guī)定為k。 國際實用溫度標(biāo)準是國際協(xié)議性溫度標(biāo)準，接近熱力學(xué)溫度標(biāo)準，再現(xiàn)精度高，使用方便。 目前，國際共同的溫度標(biāo)準是國際溫度標(biāo)準ITS-90。 國際溫度標(biāo)準( ITS-90 )介紹如下。

溫度單位熱力學(xué)溫度(符號t )是基本功能的物理量，其單位為開爾文(符號k )，定義為水三相點的熱力學(xué)溫度的1/273.16。 在以往的溫度基準的定義中，使用與273.15K (冰點以下)之間的差來表現(xiàn)溫度，因此現(xiàn)在該方法還存在。 根據(jù)定義，攝氏的大小和開爾文一樣，溫度差也可以用攝氏和開爾文來表示。 國際溫度標(biāo)準ITS-90定義了國際開爾文溫度(符號T90 )和國際攝氏溫度(符號T90 )的國際溫度標(biāo)準ITS-90的通則ITS-90從0.65K向普朗克輻射法則通過單色輻射實際可測定的zui高溫度。 ITS-90被設(shè)定為，在整個范圍內(nèi)，任何溫度的T90值都非常接近采用溫度坐標(biāo)時t的zui佳推定值，與直接測定熱力學(xué)溫度相比，T90的測定非常方便，且具有精密、高的再現(xiàn)性。 ITS-90的定義*溫度區(qū)域在0.65K到5.00K之間，T90由3He和4hh的蒸氣壓和溫度的關(guān)系式定義。 第二溫區(qū)在3.0K到氖三相點( 24.5661K )之間的T90由氦氣溫度計定義。 第三溫區(qū)從平衡氫三相點( 13.8033K )到銀的凝固點( 961.78℃)之間，T90由鉑電阻溫度計定義。

二、溫度測量儀器的分類

溫度測量儀器根據(jù)測溫方式大致分為接觸式和非接觸式。 接觸式測溫計的測溫計較簡單、可靠、測量精度高，但測溫元件和被測介質(zhì)需要充分的熱交換，達到熱平衡需要時間，因此在存在測溫延遲現(xiàn)象的同時，受高溫材料的限制，不能應(yīng)用于高溫測量。 非接觸式儀表測溫是以熱輻射的原理來測量溫度的，測溫元件不需要與被測介質(zhì)接觸，測溫范圍廣，沒有測溫上限的限制，沒有破壞被測物體的溫度場，反應(yīng)速度一般也較快，但受物體發(fā)射率、測距、煙塵、水分等外在因素的影響，測量誤差較大。

三、熱電偶和熱電阻

接觸式溫度測量儀的熱電偶和熱阻是工業(yè)上常用于zui的溫度檢測元件。

(1)熱電偶

1、熱電偶的特點是

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。 測量范圍廣。 通常的熱電偶可以從-50~+1600℃連續(xù)測量，特定的特殊熱電偶zui可以測量到-269℃(例如鐵鎳鉻合金)，zui可以測量到+2800℃(例如鎢-錸)。 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。 2 .熱電偶的測量原理

熱電偶是將溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電勢信號的感溫元件，通過電氣測量儀的組合，可以測量所測量的溫度。 熱電偶測溫的基本原理是熱電效應(yīng)。 在由兩種不同材料的導(dǎo)體a和b構(gòu)成的閉合電路中，當(dāng)a和b兩個接點處于不同的溫度t和To時，在電路中產(chǎn)生熱電勢。 這就是塞貝克效應(yīng)。 導(dǎo)體a和b稱為熱電極。 溫度高的一端( T >； 稱為工件(通常焊接)溫度低的一端( To >； 我們稱之為自由端，選擇。 根據(jù)熱電勢與溫度函數(shù)的關(guān)系。 可以創(chuàng)建熱電偶索引表。 索引表是在自由端溫度To=00C的條件下得到的。 不同的熱電偶有不同的刻度表。 在熱電偶電路中插入第三金屬材料的情況下，如果該材料的兩個接點的溫度相同，則熱電偶產(chǎn)生的熱電勢不變化，即不受第三金屬訪問電路的影響。 因此，測溫?zé)犭娕紩r，如果訪問測量儀器，測量熱電勢，則可以知道被測量介質(zhì)的溫度。

3 .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(biāo)準熱電偶和非標(biāo)準熱電偶兩類。 標(biāo)準熱電偶是指國家標(biāo)準規(guī)定了熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、統(tǒng)一的標(biāo)準尺度的熱電偶，有與其配套的顯示器。 未標(biāo)準化的熱電偶不及使用范圍或數(shù)量級標(biāo)準化的熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的標(biāo)度表，主要用于特殊情況下的測量。

(2)熱電偶的材料

理論上，任何兩種導(dǎo)體都可以制造熱電偶，但實際上并非所有材料都能制造熱電偶，因此熱電極材料必須滿足以下要求

熱電偶材料受到溫度作用會產(chǎn)生較高的熱電勢，熱電勢與溫度的關(guān)系zui優(yōu)選呈線性或近似線性的一值函數(shù)關(guān)系，測量出較高的溫度，可在較寬的溫度范圍內(nèi)應(yīng)用，長期使用后，物理、化學(xué)性能及熱電特性穩(wěn)定材料的電阻溫度系數(shù)較小， 電阻率高，導(dǎo)電性能好，要求熱容量小重現(xiàn)性好，易于大量生產(chǎn)和更換，易于制定統(tǒng)一分度表，機械性能好，材質(zhì)均勻，資源豐富，價格低廉。 (3)為了保證熱電偶可靠且穩(wěn)定地工作，熱電偶結(jié)構(gòu)中①構(gòu)成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固②兩個熱電極相互絕緣，必須防止短路③補償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接必須簡單可靠④保護

4 .熱電偶的分度代號

標(biāo)準化熱電偶是按照IEC國際標(biāo)準生產(chǎn)的。 熱電偶的分度代號主要有s、r、b、n、k、e、j、t等幾種。 其中，s、r、b屬于貴金屬熱電偶，n、k、e、j、t屬于賤金屬熱電偶.

s標(biāo)號的特點是抗氧化性能強，應(yīng)在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，長期使用溫度為1400℃、短期1600℃。 在所有的熱電偶中，s索引號的溫度等級zui高，通常作為標(biāo)準熱電偶使用的r索引號與s索引號相比熱電動勢大15%左右，其他性能大致相同的b索引號在室溫下熱電動勢極小，因此在測定時不需要補償引線。 其長期使用溫度為1600℃、短期1800℃。 可在氧化性或中性氣氛下使用，也可在真空條件下短期使用。 n索引號的特點是1300℃時高溫抗氧化能力強，熱電動勢的長期穩(wěn)定性和短期熱循環(huán)的再現(xiàn)性好，耐核輻射和耐低溫性能好，可部分替代s索引號熱電偶的k索引號的特點是抗氧化性能強，應(yīng)在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用 所有熱電偶都廣泛使用zui。e索引號的特征是常用熱電偶中熱電動勢zui大，即靈敏度zui高。 優(yōu)選在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，使用溫度為0-800℃； $vme J索引號的特征在于，可用于氧化性氣氛(使用溫度上限750℃)和還原性氣氛(使用溫度上限950℃)，并且H2和CO氣體的耐腐蝕性強，多用于精油和化學(xué)工業(yè)的t索引號的特征在于，所有廉價的金屬熱電偶中等程度zui高，通常

5 .熱電偶冷側(cè)的溫度補償

熱電偶的材料一般是貴重的(特別是在采用貴金屬的情況下)，為了從測溫點到儀表的距離遠，節(jié)約熱電偶材料并降低成本，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，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℃。

冷溫度補償器的形式與熱電偶的形式一致，根據(jù)必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用的冷溫度補償器與熱電偶連接時不得不錯過極性的補償器的平衡點溫度來調(diào)整儀表的開始點，在具有指示平衡點溫度的自動補償機構(gòu)的顯示儀表上不安裝補償器的補償器必須定期檢查檢定。 其主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。 其中鉑熱的電阻測度zui高，不僅在工業(yè)測溫中，在標(biāo)準標(biāo)準儀器中也得到了廣泛應(yīng)用。

1 .測溫電阻體的測溫原理和材料

測溫電阻體是利用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體有溫度變化時其自身的電阻變化的特性來測定溫度的，測溫電阻體的受熱部(感溫元件)可以均勻地卷繞在用細金屬絲制成的絕緣材料制成的骨架上，也可以通過激光濺射法形成在基板上。 在被檢測介質(zhì)具有溫度梯度情況下，測定溫度是溫感元件存在范圍的電介質(zhì)層的平均溫度. 熱電阻幾乎都是純金屬材料制成的，現(xiàn)在大多使用zui的是鉑和銅，除此之外，現(xiàn)在還開始用中值、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。

2 .熱阻的結(jié)構(gòu)

(1)護套測溫電阻體是由感溫元件(電阻體)、導(dǎo)線、絕緣材料、不銹鋼套筒組合而成的堅固的體，其外徑一般為&phi； 2~&phi； 8毫米。 與典型的熱電阻器相比，它具有以下優(yōu)點

體積小，內(nèi)部無氣隙，熱慣性方面，測量滯后小的機械性能好，抗振動性強，耐沖擊性強，安裝方便，使用壽命長。 (2)端面熱阻端面熱阻感溫元件用特殊處理過的電阻線材卷繞，與溫度計端面緊密接觸。 這與一般的軸向熱電阻體相比，能夠更準確且迅速地反映被測量端面的實際溫度，適用于測量金屬和其他工件的端面溫度。 (3)隔爆型熱電阻隔耐壓測溫電阻體可用于區(qū)域內(nèi)有爆炸危險的場所的溫度測量。 隔爆型熱電阻體通過特殊結(jié)構(gòu)的端子箱，將其殼體內(nèi)部的爆炸性混合氣體因火花和電弧等的影響而產(chǎn)生的爆炸封閉在端子箱內(nèi)，在生產(chǎn)現(xiàn)場不會引起爆炸。

3 .測溫電阻體系統(tǒng)的構(gòu)成

測溫電阻體系統(tǒng)一般由測溫電阻體、連接線、顯示器等構(gòu)成。 根據(jù)測溫電阻體的測溫原理，由于被測溫溫度的變化直接通過測溫電阻體的電阻值的變化來測定，因此測溫電阻體的引線等各種線電阻的變化對溫度測定產(chǎn)生影響，引起連接線電阻的變化的主要是引線長度的變化、引線端子處的接觸電阻的變化、再布線引起的電阻的變化、以及環(huán)境溫度的變化

測溫電阻體的引出線方式有2線式、3線式、4線式3種。

雙線式熱電阻接線簡單，但需要導(dǎo)線電阻附加誤差。 因此，無法制造a級精度的熱阻，請勿長時間使用導(dǎo)線或?qū)Ь€。 3線式可消除導(dǎo)線電阻的影響，測量精度高于2線式。 zui作為過程檢測元件被廣泛應(yīng)用。 4線式不僅可以消除引線電阻的影響，連接引線的電阻值相同時，也可以消除該電阻的影響。 高精度測量采用四線制。 (3)熱電偶和熱電阻的選擇方法

選擇熱電偶和熱電阻應(yīng)考慮以下幾點:

根據(jù)測溫范圍的選擇，在500℃以上選擇熱電偶，在500℃以下選擇熱電阻是一般的基于測定精度的選擇:選擇精度要求高的熱電阻，根據(jù)選擇精度要求低的熱電偶的測定范圍進行選擇:熱電偶測定的一般的手指&ldquo； 點&rdquo； 溫度、測溫電阻體測量一般為空間平均溫度。 [打印][返回頂部][關(guān)李志強]

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