熱電阻溫度計是基于金屬導體或半金屬導體電阻值與溫童呈一定函數關系的原理來實現溫度測量的。金屬導體與溫度的關系一般可表示為Rt=Rto[1+α(t-to)] (8.4-1)式中,Rt為溫度為t時的電阻值;Rto為溫度為to時的電阻值;α為電阻溫度系數(該值隨溫度而變化,僅在某個范圍內可近似常數)。大多數半導體電阻與溫度的關系可表示為RT=AeB/T (8.4-2)式中.T為熱力學溫度(K);RT為溫度為T時的電阻值;e為自然對數的底,其值為2.71828;A、B為常數,其值與半導體材料結構有關。

工業用熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高,性能穩定。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的,它不僅廣泛應用于工業測溫,而且被制成標準的基準儀。

一、熱電阻測溫原理及材料

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

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

二、熱電阻的結構

1、精通型熱電阻

工業常用熱電阻感溫元件(電阻體)的結構及特點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,有關具體內容參見本篇第三章第一節.

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實體,如圖2所示,它的外徑一般為φ2~φ8mm,最小可達φmm。

與普通型熱電阻相比,它有下列優點:①體積小,內部無空氣隙,熱慣性上,測量滯后小;②機械性能好、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際溫度,適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。

4、隔爆型熱電阻

隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒,把其外殼內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發生的爆炸局限在接線盒內,生產現場不會引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla~B3c級區內具有爆炸危險場所的溫度測量。

5、其它類型工業用熱電阻,參見下表:

三、熱電阻測溫系統的組成

熱電阻測溫系統一般由熱電阻、連接導線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點:

①熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致

②為了消除連接導線電阻變化的影響,必須采用三線制接法。

熱電阻溫度計是利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化的性質來測量溫度的,在工業生產中廣泛用來測量(-100~500)℃范圍的溫度,其主要特點是測溫準確度高,便于自動測量。由于熱電偶在低溫范圍中產生的熱電勢小,因而對測量儀表要求嚴格,而采用熱電阻溫度計測量低溫是很適宜的。熱電阻溫度計按結構形式可分為普通工業型、鎧裝型及特殊型等。

鉑熱電阻:廣泛用來測量(-200~850)℃范圍內的溫度。在少數情況下,低溫可測至1K,高溫可測至1000℃。其物理、化學性能穩定,復現性好,但價格昂貴。鉑熱電阻與溫度是近似線性關系。其分度號主要有Pt10和Pt100。

銅熱電阻:廣泛用來測量(-50~150)℃范圍內的溫度。其優點是高純銅絲容易獲得,價格便宜,互換性好,但易于氧化。銅熱電阻與溫度呈線性關系。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上發展來的,由熱電阻、絕緣材料和金屬套管三者組合加工而成,其特點是外形尺寸可以做得很小(最小直徑可達20毫米),因而反應速度快,有良好的機械性能,耐振耐沖擊,具有良好的撓性,且不易受有害介質的侵蝕。

使用熱電阻前必須檢查它的好環,簡易的檢查方法是將熱電阻從保護管中抽出,用萬用表測量其電阻。若萬用表讀數為"0"或者萬用表讀數小于R0值,則該熱電阻已短路,必須找出短路處進行修復;若萬用表讀數為"∞",則該熱電阻已斷路,不能使用;若萬用表讀數比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,應從下部端點交叉處增減電阻絲,而不應從其它處調整。完全調好后應將電阻絲排列整齊,不能碰接,仍按原樣包扎好。經修復的熱電阻,必須經過檢定合格后方可使用。

熱電阻安裝時,其插入深度不小于熱電阻保護管外徑的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所產生的誤差,應盡量使保護套管表面和被測介質溫度接近,減小熱電阻保護套管的黑色系數。

當用與熱電阻相配的二次儀表測量溫度時,熱電阻安置在被測溫度的現場,而二次儀表則放置在操作室內。如果用不平衡電橋來測量,那么連接熱電阻的導線都分布在橋路的一個臂上。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臂上,使測量產生較大的誤差。為減小這一誤差,一般在測溫熱電阻與儀表連接時,采用三線制接法,即從熱電阻引出三根導線,將連接熱電阻的兩根導線正好分別處于相鄰的兩個橋臂內。當環境溫度變化而使導線電阻值改變時,其產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。

熱電偶與熱電阻均屬于溫度測量中的接觸式測溫,盡管其作用相同都是測量物體的溫度,但是他們的原理與特點卻不盡相同.

首先,介紹一下熱電偶,熱電偶是溫度測量中應用最廣泛的溫度器件,他的主要特點就是測溫范圍寬,性能比較穩定,同時結構簡單,動態響應好,更能夠遠傳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。將兩種不同的導體或半導體連接成閉合回路,當兩個接點處的溫度不同時,回路中將產生熱電勢,這種現象稱為熱電效應,又稱為塞貝克效應。閉合回路中產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體的兩端因溫度不同而產生的電勢,不同的導體具有不同的電子密度,所以他們產生的電勢也不相同,而接觸電勢顧名思義就是指兩種不同的導體相接觸時,因為他們的電子密度不同所以產生一定的電子擴散,當他們達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體的材料性質以及他們接觸點的溫度。國際上應用的熱電偶具有一個標準規范,國際上規定熱電偶分為八個不同的分度,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則稱為廉價金屬熱電偶。熱電偶的結構有兩種,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套管三者組合裝配后,經過拉伸加工而成的一種堅實的組合體。但是熱電偶的電信號卻需要一種特殊的導線來進行傳遞,這種導線我們稱為補償導線。不同的熱電偶需要不同的補償導線,其主要作用就是與熱電偶連接,使熱電偶的參比端遠離電源,從而使參比端溫度穩定。補償導線又分為補償型和延長型兩種,延長導線的化學成分與被補償的熱電偶相同,但是實際中,延長型的導線也并不是用和熱電偶相同材質的金屬,一般采用和熱電偶具有相同電子密度的導線代替。補償導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償導線的紅色線,而負極則連接剩下的顏色。一般的補償導線的材質大部分都采用銅鎳合金。

其次我們介紹一下熱電阻,熱電阻雖然在工業中應用也比較廣泛,但是由于他的測溫范圍使他的應用受到了一定的限制,熱電阻的測溫原理是基于導體或半導體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。其優點也很多,也可以遠傳電信號,靈敏度高,穩定性強,互換性以及準確性都比較好,但是需要電源激勵,不能夠瞬時測量溫度的變化。工業用熱電阻一般采用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分類型,但是他卻不需要補償導線,而且比熱點偶便宜。

1、熱電阻測溫系統一般由熱電阻、連接導線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點:

①熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致

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

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實體,它的外徑一般為φ1~φ8mm,最小可達φmm。 與普通型熱電阻相比,它有下列優點:

①體積小,內部無空氣隙,熱慣性上,測量滯后小;

②機械性能好、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際溫度,適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。

4、隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒,把其外殼內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,焊后要校驗合格后才能使用。