熱電阻大型生產(chǎn)廠家
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熱電阻及其測溫原理
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在工業(yè)應(yīng)用中,熱電偶一般適用于測量500以上的較高溫度。對于500以下的中、低溫度,熱電偶的輸出的熱電勢很小,這對二次儀表的放大器、抗干擾措施等的要求就很高,否則難以實現(xiàn)測量;而且,在較低溫區(qū)域,冷端溫度的變化所引起的相對誤差也非常突出。所以測量中、低溫度一般使用熱電阻溫度測量儀表較為合適。
1、? 熱電阻的測溫原理
與熱電偶的測溫原理不同的是,熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測量的,即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此,只要測量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓涂梢詼y量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。
金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示,即
Rt=Rt0[1+α(t-t0)]
式中,Rt為溫度t時的阻值;Rt0為溫度t0(通常t0=0)時對應(yīng)電阻值;α為溫度系數(shù)。
半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系為
Rt=AeB/t
式中Rt為溫度為t時的阻值;A、B取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。
相比較而言,熱敏電阻的溫度系數(shù)更大,常溫下的電阻值更高(通常在數(shù)千歐以上),但互換性較差,非線性嚴(yán)重,測溫范圍只有-50~300左右,大量用于家電和汽車用溫度檢測和控制。金屬熱電阻一般適用于-200~500范圍內(nèi)的溫度測量,其特點是測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠,在程控制中的應(yīng)用極其廣泛。
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2、? 工業(yè)上常用金屬熱電阻
從電阻隨溫度的變化來看,大部分金屬導(dǎo)體都有這個性質(zhì),但并不是都能用作測溫?zé)犭娮?,作為熱電阻的金屬材料一般要求:盡可能大而且穩(wěn)定的溫度系數(shù)、電阻率要大(在同樣靈敏度下減小傳感器的尺寸)、在使用的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)物理性能、材料的復(fù)制性好、電阻值隨溫度變化要有間值函數(shù)關(guān)系(好呈線性關(guān)系)。
目前應(yīng)用廣泛的熱電阻材料是鉑和銅:鉑電阻精度高,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??;銅電阻在測溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系,溫度線數(shù)大,適用于無腐蝕介質(zhì),超過150易被氧化。中國常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等幾種,它們的分度號分別為Pt10、Pt100、Pt1000;銅電阻有R0=50Ω和R0=100Ω兩種,它們的分度號為Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的應(yīng)用為廣泛。
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3、熱電阻的信號連接方式
熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件,通常需要把電阻信號通過引線傳遞到計算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場,與控制室之間存在一定的距離,因此熱電阻的引線對測量結(jié)果會有較大的影響。
目前熱電阻的引線主要有三種方式
1二線制:在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號的方式叫二線制:這種引線方法很簡單,但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r,r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度的因素有關(guān),因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合? 2三線制:在熱電阻的根部的一端連接一根引線,另一端連接兩根引線的方式稱為三線制,這種方式通常與電橋配套使用,可以較好的引線電阻的影響,是工業(yè)過程控制中的常用的引線電阻。熱電阻采用三線制,將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端,其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上,這樣了導(dǎo)線線路電阻帶來的測量誤差。? 3四線制:在熱電阻的根部兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制,其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I,把R轉(zhuǎn)換成電壓信號U,再通過另兩根引線把U引至二次儀表??梢娺@種引線方式可完全引線的電阻影響,主要用于高精度的溫度檢測。
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4、? 熱電阻的結(jié)構(gòu)形式
和熱電偶溫度傳感器相類似,工業(yè)上常用的熱電阻主要有普通裝配式熱電阻和鎧裝熱電阻兩種型式。
普通通裝配式熱電阻是由感溫體、有銹鋼外保護(hù)管、接線盒以及各種用途的固定裝置級成,安裝固定裝置有固定外螺紋、活動法蘭盤、固定法蘭和帶固定螺栓錐形保護(hù)管等形式。鎧裝熱電阻外保護(hù)套管采用不銹鋼,內(nèi)充高密度氧化物緣體,具有很強(qiáng)的抗污染性能和優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度。與前者相比,鎧裝熱電阻具有直徑小、易彎曲、抗震性好、熱響應(yīng)時間快、使用壽命長的優(yōu)點。
對于一些特殊的測溫場合,還可以選用一些專業(yè)型熱電阻,如,測量固體表面溫度可以選用端面熱電阻,在易燃易爆場合可以選用防爆型熱電阻,測量震動設(shè)備上的溫度可以選用帶有防震結(jié)構(gòu)的熱電阻等
2線、3線、4線熱電阻測溫原理有何區(qū)別 與熱電阻連接的檢測設(shè)備(溫控表、PLC輸入等)都有四個接線端子。I+、I-、V+、V-。? 其中,I+、I-端是為了給熱電阻提供恒定的電流,V+、V-是用來監(jiān)測熱電阻的電壓變化,依次檢測溫度變化。? 4線就是從熱電阻兩端引出4線,和4個端子連接。? 3線就是引出3線,這需要檢測設(shè)備方的I-\V-短接。? 2線就使引出2線,這需要檢測設(shè)
熱電偶是一種感溫元件,是一次儀表,它直接測量溫度,并把溫度號轉(zhuǎn)換成熱電動勢號, 再通過電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路,當(dāng)兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過,此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢,這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。 兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極,溫度較高的一端為工作端,溫度較低的一端為自由端,自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關(guān)系, 制成熱電偶分度表; 分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的,不同的熱電偶具有不同的分度表。 在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時, 只要該材料兩個接點的溫度相同, 熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變,即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此, 在熱電偶測溫時, 可接入測量儀表, 測得熱電動勢后, 即可知道被測介質(zhì)的溫度。熱電偶將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來,構(gòu)成一個閉合回路。 當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時,兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。 兩種不同成份的導(dǎo)體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路,當(dāng)兩個接合點的溫度不同時,在回路中就會產(chǎn)生電動勢,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng),而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的,其中,直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱為測量端),另一端叫做冷端(也稱為補(bǔ)償端);冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。 熱電偶實際上是一種能量轉(zhuǎn)換器,它將熱能轉(zhuǎn)換為電能,用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度,對于熱電偶的熱電勢,應(yīng)注意如下幾個問題: 1、熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差,而不是熱電偶冷端與工作端,兩端溫度差的函數(shù); 2、熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小,當(dāng)熱電偶的材料是均勻時,與熱電偶的長度和直徑無關(guān),只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān); 3、當(dāng)熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后,熱電偶熱電勢的大小,只與熱電偶的溫度差有關(guān);若熱電偶冷端的溫度保持一定,這進(jìn)熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數(shù)。將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來,構(gòu)成一個閉合回路,如圖所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時,兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。 zyclxmzsw
實驗二、熱電阻的標(biāo)定
一、實驗?zāi)康?
1、加深理解熱電阻測溫原理。
2、學(xué)習(xí)工業(yè)用熱電阻常用檢定方法-----定點檢定法。
3、觀察流過熱電阻電流的大小對測溫的影響。
二、儀器設(shè)備
1、直流穩(wěn)壓電源一臺:提供穩(wěn)定電壓。E=11V.
2、電阻箱三只:精度等級較高的一只作為標(biāo)準(zhǔn)電阻;另外兩只作為分壓電阻。
3、被檢熱電阻一支:Pt100,工業(yè)用II級。
4、數(shù)字多用表,0.05級,用于測量標(biāo)準(zhǔn)電阻和熱電阻上的電壓。
5、直流毫安表一只:測量流過熱電阻的電流。
三、熱電阻體的主要技術(shù)指標(biāo)
分度號 準(zhǔn)確度等級 0°C電阻值
(Ω) 電阻比(W=R100/R0) 0°C阻值
允許誤差 Pt100 工業(yè)I級 100.00±0.05 1.3851±0.0006 ±0.05% 工業(yè)II級 100.00±0.10 1.3851±0.0012 ±0.1%
四、實驗原理
原理圖見圖-1。用穩(wěn)壓電源提供直流穩(wěn)定電壓,經(jīng)過電阻R1、R2分壓給熱電阻供電。讓恒壓源E=11V, R1=9999Ω,R2=1K;調(diào)整R1(從 檔開始調(diào)整),使電路中流過熱電阻Rt電流0.8 mA≤I≤1mA(毫安表顯示)。在穩(wěn)壓電源輸出電壓、R1、R2、RS、Rt(R1、R2為分壓電組,RS為標(biāo)準(zhǔn)電阻,Rt 為熱電阻)等電路參數(shù)不變的前提下,流過同一回路中RS、Rt的電流不變,用伏安法可測定Rt的實際電阻值。本實驗用高精度電位差計UJ33D-1測量Rs 、Rt上的電壓。
Rt的測量為間接測量法。
∵ I=Ut/Rt=Us/Rs ∴ Rt=Rs×(Ut /Us)
穩(wěn)壓
電源
圖-1 原理圖
五、實驗內(nèi)容及步驟
1、接線
根據(jù)所提供的設(shè)備,按圖接線,接線圖詳見黑板。
數(shù)字多用表:測量電勢值。
穩(wěn)壓電源:提供兩路可調(diào)恒定電壓。一路輸出11V給主回路,先在輸出開路情況下,把輸出電壓調(diào)到規(guī)定值上,再接電源輸出線。
電阻箱:先將R1=9999Ω,R2=1K,RS調(diào)到參考值上(測0℃時阻值,RS=100.00Ω;測100℃阻值時,RS=138.00Ω)再通電;改變R1調(diào)整流過熱電阻的電流,依次從到低檔調(diào)整;不能調(diào)R2,防止大電流損壞電阻箱。
2、校驗(數(shù)據(jù)記錄見表一)
?、?測R0(測0℃時的阻值)。將放有鉑電阻的試管(試管內(nèi)的鉑電阻體被變壓器油淹沒)放在盛有冰水混合物的冰桶中,恒溫15分鐘后進(jìn)行測量。
① 正向測三組Ut0、Us0。
?、?反向測三組Ut0、Us0。
注意:E=11V,R1=9999Ω,R2=1K;調(diào)整分壓電阻的阻值R1(從 檔開始調(diào)整)改變流過Rt電流(毫安表顯示),使電流的大小為0.8 mA≤I≤1mA。
?、?測R100(測100oC時的阻值)。將試管放在盛有2/3水的燒杯中,將燒杯置于電爐上,加熱至水沸騰,恒溫15分鐘后進(jìn)行測量。
?、?正向測三組Ut100、Us100。
?、?反向測三組Ut100、Us100。
注意:E=11V,R1=9999Ω,R2=1K;調(diào)整分壓電阻的阻值R1(從 檔開始調(diào)整)改變流過Rt電流(毫安表顯示),使電流的大小為0.8 mA≤I≤1mA。
3、經(jīng)過熱電阻電流I的大小對測溫的影響
⑴ 在2.⑵中,已測0.8 mA≤I≤1mA時R100的實際阻值。
?、?測100°C流過熱電阻電流I=10mA時的阻值(見表二)。
?、?正向測三組U′t100、U′s100。
?、?反向測三組U′t100、U′s100。
注意:E=11V,R1=999Ω,R2=1K,調(diào)整R1(從 檔開始調(diào)整)讓流過熱電阻的電流I=10 mA。
六、數(shù)據(jù)記錄與處理
被檢熱電阻:分度號 標(biāo)稱準(zhǔn)確度等級
電阻箱(作為標(biāo)準(zhǔn)電阻):型號 準(zhǔn)確度等級
電位差計: 型號 準(zhǔn)確度等級
實驗環(huán)境: 室溫 相對濕度
表一:測定R0、R100實驗數(shù)據(jù)記錄表
?。ńㄗh:Rs0取100.00Ω、Rs100取138.00Ω)
電流方向 序 號
電流(mA) R0測量 (Rs0取100.00Ω) R100
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