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江苏热电阻/热电偶

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江苏热电阻/热电偶

  • 详细先容

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热电阻(thermal resistor)是中低温区最常用的一种温度检测器。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。它的主要特点是测量精度高,性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的,它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,此外,现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。金属热电阻常用的感温材料种类较多,最常用的是铂丝。工业测量用金属热电阻材料除铂丝外,还有铜、镍、铁、铁镍等。

1、压簧式感温元件,抗振性能好;

2、测温精度高;

3、机械强度高,耐高温耐压性能好;

4、进口薄膜电阻元件,性能可靠稳定。

工作原理

热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。热电阻通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它二次仪表上。

主要种类

普通型热电阻

从热电阻的测温原理可知,被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的,因此,热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。

铠装热电阻

铠装热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体,它的外径一般为φ2--φ8mm,最小可达φmm。与普通型热电阻相比,它有下列优点:

1、体积小,内部无空气隙,热惯性上,测量滞后小;

2机械性能好、耐振,抗冲击;

3、能弯曲,便于安装;

4、使用寿命长。

端面热电阻

端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制,紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比,能更正确和快速地反映被测端面的实际温度,适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。

隔爆型热电阻

隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒,把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内,生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于Bla--B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。

测温原理

热电阻的测温原理与热电偶的测温原理不同的是,热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的,即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此,只要测量出感温热电阻的阻值变化,就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。

金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示,即

Rt=Rt0[1+αt-t0]

式中,Rt为温度t时的阻值;Rt0为温度t0(通常t0=0℃)时对应电阻值;α为温度系数。

半导体热敏电阻的阻值和温度关系为

Rt=AeB/t

式中Rt为温度为t时的阻值;A、B取决于半导体材料的结构的常数。

相比较而言,热敏电阻的温度系数更大,常温下的电阻值更高(通常在数千欧以上),但互换性较差,非线性严重,测温范围只有-50~300℃左右,大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量,其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠,在程控制中的应用极其广泛。

工业上常用金属热电阻从电阻随温度的变化来看,大部分金属导体都有这个性质,但并不是都能用作测温热电阻,作为热电阻的金属材料一般要求:尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大(在同样灵敏度下减小传感器的尺寸)、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系(最好呈线性关系)。

接线方式

热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件,通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场,与控制室之间存在一定的距离,因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。

目前热电阻的引线主要有三种方式:

二线制:在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制:这种引线方法很简单,但由于连接导线必然存在引线电阻r,r大小与导线的材质和长度的因素有关,因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合

三线制:在热电阻的根部的一端连接一根引线,另一端连接两根引线的方式称为三线制,这种方式通常与电桥配套使用,可以较好的消除引线电阻的影响,是工业过程控制中的最常用的。

四线制:在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制,其中两根引线为热电阻提供恒定电流I,把R转换成电压信号U,再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响,主要用于高精度的温度检测。

热电阻采用三线制接法。采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻,其连接导线(从热电阻到中控室)也成为桥臂电阻的一部分,这一部分电阻是未知的且随环境温度变化,造成测量误差。采用三线制,将导线一根接到电桥的电源端,其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上,这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。

主要区别

热电偶与热电阻均属于温度测量中的接触式测温,尽管其作用相同都是测量物体的温度,但是他们的原理与特点却不尽相同。

热电偶是温度测量中应用最广泛的温,他的主要特点就是测温范围宽,性能比较稳定,同时结构简单,动态响应好,更能够远传4-20mA电信号,便于自动控制和集中控制。热电偶的测温原理是基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路,当两个接点处的温度不同时,回路中将产生热电势,这种现象称为热电效应,又称为塞贝克效应。闭合回路中产生的热电势有两种电势组成;温差电势和接触电势。温差电势是指同一导体的两端因温度不同而产生的电势,不同的导体具有不同的电子密度所以他们产生的电势也不相同,而接触电势顾名思义就是指两种不同的导体相接触时,因为他们的电子密度不同所以产生一定的电子扩散,当他们达到一定的平衡后所形成的电势,接触电势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及他们接触点的温度。目前国际上应用的热电偶具有一个标准规范,国际上规定热电偶分为八个不同的分度,分别为B,R,S,K,N,E,J和T,其测量温度的最低可测零下270℃,最高可达1800℃,其中B,R,S属于铂系列的热电偶,由于铂属于贵重金属,所以他们又被称为贵金属热电偶而剩下的几个则称为低价金属热电偶。热电偶的结构有两种,普通型和铠装型。普通性热电偶一般由热电极,绝缘管,保护套管和接线盒等部分组成,而铠装型热电偶则是将热电偶丝,绝缘材料和金属保护套管三者组合装配后,经过拉伸加工而成的一种坚实的组合体。但是热电偶的电信号却需要一种特殊的导线来进行传递,这种导线大家称为补偿导线。不同的热电偶需要不同的补偿导线,其主要作用就是与热电偶连接,使热电偶的参比端远离电源,从而使参比端温度稳定。补偿导线又分为补偿型和延长型两种,延长导线的化学成分与被补偿的热电偶相同,但是实际中,延长型的导线也并不是用和热电偶相同材质的金属,一般采用和热电偶具有相同电子密度的导线代替。补偿导线的与热电偶的连线一般都是很明了,热电偶的正极连接补偿导线的红色线,而负极则连接剩下的颜色。一般的补偿导线的材质大部分都采用铜镍合金。

热电阻不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。但是由于他的测温范围使他的应用受到了一定的限制,热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。其优点也很多,也可以远传电信号,灵敏度高,稳定性强,互换性以及准确性都比较好,但是需要电源激励,不能够瞬时测量温度的变化。工业用热电阻一般采用Pt100,Pt10,Cu50,Cu100,铂热电阻的测温的范围一般为零下200-800℃,铜热电阻为零下40到140℃。热电阻和热电偶一样的区分类型,但是他却不需要补偿导线,而且比热电偶便宜。

铂热电阻的安装形式很多,有固定螺纹安装,活动螺纹安装,固定法兰安装,活动法兰安装,活动管接头安装,直行管接头安装等等。

热电阻与热电偶的选择最大的区别就是温度范围的选择,热电阻是测量低温的温度传感器,一般测量温度在-200~800℃,而热电偶是测量中高温的温度传感器,一般测量温度在400~1800℃,在选择时如果测量温度在200℃左右就应该选择热电阻测量,如果测量温度在600℃就应该选择K型热电偶,如果测量温度在1200~1600℃就应该选择S型或者B型热电偶

热电阻与热电偶相比有以下特点:

1、同样温度下输出信号较大,易于测量。

2、测电阻必须借助外加电源。

3、热电阻感温部分尺寸较大,而热电偶工作端是很小的焊点,因而热电阻测温的反应速度比热电偶慢;

4、同类材料制成的热电阻不如热电偶测温上限高。

热电偶和热电阻区别:

第一、信号的性质,热电阻本身是电阻,温度的变化,使电阻产生正的或者是负的阻值变化;而热电偶是产生感应电压的变化,他随温度的改变而改变..虽然都是接触式测温仪表,但它们的测温范围不同,热电偶使用在温度较高的环境,如铂铑30---铂铑6(B型)测量范围为300度~~1600度,短期可测1800度。S型测一20~~1300(短期1600),K型测一50~~1000,短期1200).XK型一50~~600(800),E型一40~~800(900).还有J型,T型等。这类仪表一般用于500度以上的较高温度,低温区时输出热电势很,当电势小时,对抗干扰措施和二次表和要求很高,否则测量不准,还有,在较低的温度区域,冷端温度的变化和环境温度的变化所引起的相对误差就显得很突出,不易得到全补偿。这时在中低温度时,一般使用热电阻测温范围为一200~~500,甚至还可测更低的温度(如用碳电阻可测到1K左右的低温).现在正常使用铂热电阻Pt100,(也有Pt50、100和50代表热电阻在0度时的阻值。在旧分度号中用BA1,BA2来表示,BA1在0度时阻值为46欧姆,在工业上也有用铜电阻,分度号为CU50和CU100,但测温范围较小,在一50~~150之间,在一些特殊场合还有铟电阻、锰电阻等)。

第二、工作中的现场判断热电偶有正负极、补偿导线也有正负之分,首先保证连接,配置确.在运行中。常见的有短路,断路,接触不良(有万用表可判断)和变质(根据表面颜色来鉴别)。检查时,要使热电偶与二次表分开,用工具短接二次表上的补偿线,表指示室温再短接热电偶接线端子,表批示热电偶所在的环境温度(不是,补偿线有故障),再用万用表mv档大体估量热电偶的热电势(如正常,请检查工艺)。

热电阻短路和断路用万用表可判断,在运行中,怀疑短路,只要将电阻端拆下一个线头看显示仪表,如到最大,热电阻短路回零,导线短路,保证正常连接和配置时,表值显示低或不稳,保护管可能性进水了显示最大,热电阻断路显示最小短路。

第三、从材料上分,热阻是一种金属材料,具有温度敏感变化的金属材料,热电偶是双金属材料,既两种不同的金属,由于温度的变化,在两个不同金属丝的两端产生电势差。

第四、两种传感器检测的温度范围不一样,热阻一般检测0-150度温度范围(当然可以检测负温度),热电偶可检测0-1000度的温度范围(甚至更高)所以,前者是低温检测,后者是高温检测。 [1] 

测量方法

热电阻温度计的原理是利用导体或半导体的电阻随温度变化这一特性。

热电阻温度计的主要优点有:测量精度高,复现性好;有较大的测量范围,尤其是在低温方面;易于使用在自动测量中,也便于远距离测量。同样,热电阻也有缺陷,在高温(大于850℃)测量中准确性不好;易于氧化和不耐腐蚀。

目前,用于热电阻的材料主要有铂、铜、镍等,采用这些材料主要是它们在常用温度段的温度与电阻的比值是线性关系,大家这里主要先容铂电阻温度计。

铂是一种贵金属,它的物理化学性能很稳定,尤其是耐氧化能力很强,它易于提纯,有良好的工艺性,可以制成极细的铂丝,与铜,镍等金属相比,有较高的电阻率,复现性高,是一种比较理想的热电阻材料,缺点是电阻温度系数较小,在还原介质中工作易变脆,价格也较贵。铂的纯度通常用电阻比来表示: W(100)=R100/R0

R100表示100℃时的电阻值;R0表示0℃时的电阻值

根据IEC标准,采用W(100)=1.3850 初始电阻值为R0=100Ω(R0=10Ω)的铂电阻为工业用标准铂电阻,R0=10Ω的铂电阻温度计的阻丝较粗,主要应用于测量600℃以上的温度。铂电阻的电阻与温度方程为一分段方程:

Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100℃)t3] t 表示在-200~0℃

Rt=R0(1+At+Bt2) t表示在0~850℃

解此方程,则可根据电阻值已知温度值,但实际工作中,可以查热电阻分度表来根据电阻值确定温度值。

根据标准规定,铂热电阻分为A级和B级,A级测温允许误差±(0.15℃+0.002|t|), B级测温允许误差±(0.3℃+0.005|t|)。

现场使用的热电阻一般都是铠装热电阻,它是由热电阻体、绝缘材料、保护管组成,热电阻体和保护管焊接一起,中间填充绝缘材料,这样能够很好的保护热电阻体,耐冲击,耐震,耐腐蚀。

三线制铂热电阻测量方法:

铂热电阻有两线制,三线制,四线制几种,两线制在测量中误差较大,已不使用,现在工业用一般是三线制的,实验室用一般为四线制。这里主要先容下三线制铂热电阻的接线。三线制铂热电阻是在电阻的a端并联一个c端,从而实现电阻引出a,b,c三个接线端子,这样,由b导线引入的测量导线本身的电阻,可以由c导线来补偿,使引线电阻不随温度变化而引入的引线电阻误差的影响减小很多。三线制铂热电阻,在二次仪表中,均有可变阻值的电桥,根据所配合的铂热电阻的量程不同,可以对二次仪表的电桥中的铂热电阻进行微调,能进行更精确的测量


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