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一、熱電阻測溫原理及材料

熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。

熱電阻大都由純金屬材料制成,應(yīng)用最多的是鉑和銅,此外,已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。

二、熱電阻的結(jié)構(gòu)

1、精通型熱電阻

工業(yè)常用熱電阻感溫元件(電阻體)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)從熱電阻的測溫原理可知,被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的,因此,熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制,有關(guān)具體內(nèi)容參見本篇第三章第一節(jié).

2、鎧裝熱電阻

鎧裝熱電阻是由感溫元件(電阻體)、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體,如圖2所示,它的外徑一般為φ2~φ8mm,最小可達(dá)φmm。

與普通型熱電阻相比,它有下列優(yōu)點(diǎn):①體積小,內(nèi)部無空氣隙,熱慣性上,測量滯后小;②機(jī)械性能好、耐振,抗沖擊;③能彎曲,便于安裝④使用壽命長。

3、端面熱電阻

端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制,緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比,能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度,適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。

4、隔爆型熱電阻

隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒,把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi),生產(chǎn)現(xiàn)場不會引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla~B3c級區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場所的溫度測量。

5、其它類型工業(yè)用熱電阻,參見下表:

三、熱電阻測溫系統(tǒng)的組成

熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點(diǎn):

①熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致

②為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響,必須采用三線制接法。

鉑熱電阻:廣泛用來測量(-200~850)℃范圍內(nèi)的溫度。在少數(shù)情況下,低溫可測至1K,高溫可測至1000℃。其物理、化學(xué)性能穩(wěn)定,復(fù)現(xiàn)性好,但價(jià)格昂貴。鉑熱電阻與溫度是近似線性關(guān)系。其分度號主要有Pt10和Pt100。

銅熱電阻:廣泛用來測量(-50~150)℃范圍內(nèi)的溫度。其優(yōu)點(diǎn)是高純銅絲容易獲得,價(jià)格便宜,互換性好,但易于氧化。銅熱電阻與溫度呈線性關(guān)系。其分度號主要有Cu50和Cu100。

鎧裝熱電阻是在鎧裝熱電偶的基礎(chǔ)上發(fā)展來的,由熱電阻、絕緣材料和金屬套管三者組合加工而成,其特點(diǎn)是外形尺寸可以做得很小(最小直徑可達(dá)20毫米),因而反應(yīng)速度快,有良好的機(jī)械性能,耐振耐沖擊,具有良好的撓性,且不易受有害介質(zhì)的侵蝕。

使用熱電阻前必須檢查它的好環(huán),簡易的檢查方法是將熱電阻從保護(hù)管中抽出,用萬用表測量其電阻。若萬用表讀數(shù)為"0"或者萬用表讀數(shù)小于R0值,則該熱電阻已短路,必須找出短路處進(jìn)行修復(fù);若萬用表讀數(shù)為"∞",則該熱電阻已斷路,不能使用;若萬用表讀數(shù)比R0的阻值偏高一些,說明該熱電阻是正常的。

熱電阻的阻值不正確時(shí),應(yīng)從下部端點(diǎn)交叉處增減電阻絲,而不應(yīng)從其它處調(diào)整。完全調(diào)好后應(yīng)將電阻絲排列整齊,不能碰接,仍按原樣包扎好。經(jīng)修復(fù)的熱電阻,必須經(jīng)過檢定合格后方可使用。

熱電阻安裝時(shí),其插入深度不小于熱電阻保護(hù)管外徑的8倍~10倍,盡可能使熱電阻受熱部分增長。熱電阻盡可能垂直安裝,以防在高溫下彎曲變形。熱電阻在使用中為了減小輻射熱和熱傳導(dǎo)所產(chǎn)生的誤差,應(yīng)盡量使保護(hù)套管表面和被測介質(zhì)溫度接近,減小熱電阻保護(hù)套管的黑色系數(shù)。

當(dāng)用與熱電阻相配的二次儀表測量溫度時(shí),熱電阻安置在被測溫度的現(xiàn)場,而二次儀表則放置在操作室內(nèi)。如果用不平衡電橋來測量,那么連接熱電阻的導(dǎo)線都分布在橋路的一個(gè)臂上。由于熱電阻與儀表之間一般都有一段較長的距離,因此兩根連接導(dǎo)線的電阻隨溫度的變化,將同熱電阻阻值的變化一起加在不平衡電橋的一個(gè)臂上,使測量產(chǎn)生較大的誤差。為減小這一誤差,一般在測溫?zé)犭娮枧c儀表連接時(shí),采用三線制接法,即從熱電阻引出三根導(dǎo)線,將連接熱電阻的兩根導(dǎo)線正好分別處于相鄰的兩個(gè)橋臂內(nèi)。當(dāng)環(huán)境溫度變化而使導(dǎo)線電阻值改變時(shí),其產(chǎn)生的作用正好互相抵消,使橋路輸出的不平衡電壓不會因之而改變。

首先,介紹一下熱電偶,熱電偶是溫度測量中應(yīng)用最廣泛的溫度器件,他的主要特點(diǎn)就是測溫范圍寬,性能比較穩(wěn)定,同時(shí)結(jié)構(gòu)簡單,動態(tài)響應(yīng)好,更能夠遠(yuǎn)傳4-20mA電信號,便于自動控制和集中控制。熱電偶的測溫原理是基于熱電效應(yīng)。將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路,當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí),回路中將產(chǎn)生熱電勢,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng),又稱為塞貝克效應(yīng)。閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢有兩種電勢組成;溫差電勢和接觸電勢。溫差電勢是指同一導(dǎo)體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢,不同的導(dǎo)體具有不同的電子密度,所以他們產(chǎn)生的電勢也不相同,而接觸電勢顧名思義就是指兩種不同的導(dǎo)體相接觸時(shí),因?yàn)樗麄兊碾娮用芏炔煌�所以產(chǎn)生一定的電子擴(kuò)散,當(dāng)他們達(dá)到一定的平衡后所形成的電勢,接觸電勢的大小取決于兩種不同導(dǎo)體的材料性質(zhì)以及他們接觸點(diǎn)的溫度。國際上應(yīng)用的熱電偶具有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,國際上規(guī)定熱電偶分為八個(gè)不同的分度,分別為B,R,S,K,N,E,J和T,其測量溫度的最低可測零下270攝氏度,最高可達(dá)1800攝氏度,其中B,R,S屬于鉑系列的熱電偶,由于鉑屬于貴重金屬,所以他們又被稱為貴金屬熱電偶而剩下的幾個(gè)則稱為廉價(jià)金屬熱電偶。熱電偶的結(jié)構(gòu)有兩種,普通型和鎧裝型。普通性熱電偶一般由熱電極,絕緣管,保護(hù)套管和接線盒等部分組成,而鎧裝型熱電偶則是將熱電偶絲,絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者組合裝配后,經(jīng)過拉伸加工而成的一種堅(jiān)實(shí)的組合體。但是熱電偶的電信號卻需要一種特殊的導(dǎo)線來進(jìn)行傳遞,這種導(dǎo)線我們稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。不同的熱電偶需要不同的補(bǔ)償導(dǎo)線,其主要作用就是與熱電偶連接,使熱電偶的參比端遠(yuǎn)離電源,從而使參比端溫度穩(wěn)定。補(bǔ)償導(dǎo)線又分為補(bǔ)償型和延長型兩種,延長導(dǎo)線的化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕枷嗤?但是實(shí)際中,延長型的導(dǎo)線也并不是用和熱電偶相同材質(zhì)的金屬,一般采用和熱電偶具有相同電子密度的導(dǎo)線代替。補(bǔ)償導(dǎo)線的與熱電偶的連線一般都是很明了,熱電偶的正極連接補(bǔ)償導(dǎo)線的紅色線,而負(fù)極則連接剩下的顏色。一般的補(bǔ)償導(dǎo)線的材質(zhì)大部分都采用銅鎳合金。

其次我們介紹一下熱電阻,熱電阻雖然在工業(yè)中應(yīng)用也比較廣泛,但是由于他的測溫范圍使他的應(yīng)用受到了一定的限制,熱電阻的測溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。其優(yōu)點(diǎn)也很多,也可以遠(yuǎn)傳電信號,靈敏度高,穩(wěn)定性強(qiáng),互換性以及準(zhǔn)確性都比較好,但是需要電源激勵(lì),不能夠瞬時(shí)測量溫度的變化。工業(yè)用熱電阻一般采用Pt100,Pt10,Cu50,Cu100,鉑熱電阻的測溫的范圍一般為零下200-800攝氏度,銅熱電阻為零下40到140攝氏度。熱電阻和熱電偶一樣的區(qū)分類型,但是他卻不需要補(bǔ)償導(dǎo)線,而且比熱點(diǎn)偶便宜。

①熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致

②為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響,必須采用三線制接法。具體內(nèi)容參見本篇第三章。

2、鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件(電阻體)、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體,它的外徑一般為φ1~φ8mm,最小可達(dá)φmm。 與普通型熱電阻相比,它有下列優(yōu)點(diǎn):

①體積小,內(nèi)部無空氣隙,熱慣性上,測量滯后小;

②機(jī)械性能好、耐振,抗沖擊;

3、端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制,緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比,能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度,適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。

4、隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒,把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影 電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長短而影響電阻值,為此更換新的電阻體為好,若采用焊接修理,焊后要校驗(yàn)合格后才能使用。