第章温度热电偶冷端补偿与热电阻

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某一热电偶坏了不易 及时发现。
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2.3 电阻温度计
本节重点: (1)热电阻的测温原理 (2)热电阻测温的特点
•2.3.1 热电阻的测温原理
利用某些导体或半导体材料的电阻值随温度变化的性 质来做成温度测量敏感元件,即热电阻温度计或半导体 热敏电阻温度计。
大多数金属导体的电阻值与温度t(℃)的关系可表示为 :
• 它是将热电阻装入有内引线的金属套管内,并 用氧化镁填实、焊封而成的坚实整体。
外径尺寸小,响应速度快,抗振,可挠。
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(3)冷端补偿器法
冷端补偿器是一个不平 衡电桥,桥臂R1=R2=R3 =1Ω,采用锰铜丝无感绕 制,其电阻温度系数趋于 零。桥臂R4用铜丝无感绕 制,其电阻温度系数约为 4.3×10-3℃-1
当温度为0℃时R4=1Ω。Rg为限流电阻,配用不同分度 号热电偶时Rg作为调整补偿器供电电流之用。桥路供电电 压为直流电,大小为4V。
R0=50,100,300Ω三种
分别为Pt50、Pt100、 Pt300
Rt-t的关系表称为分度表
铂热电阻中的铂丝纯度用电阻比W(100)表示,即
W (100) R100 R0
式中: R100——铂热电阻在100℃时的电阻值; R0——铂热电阻在0℃时的电阻值。
电阻比W(100)越大,其纯度越高。按IEC标准,工业使用的
冷端在仪表外面(可以 在恒温器中)的线路。 如果配用仪表是动圈式 的,则补偿导线电阻应 尽量小。
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图2-14 多点测温线路 1—工作端热电偶; 2—工作端补偿导线; 3—接线板; 4—铜导线; 5—切换开关; 6—数字显示仪; 7—参比端补偿导线; 8—参比端热电偶
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一、串联电路

E1

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在0~850℃的温度范围内 Rt = R0(1+At+Bt2)
式中:Rt和R0——铂热电阻分别在t℃和0℃时的电阻值;
A、B和C——常数。
在ITS—90 中,这些常数规定为
A=3.96847×10-3/℃ B=-5.847×10-7/℃2 C=-4.22×10-12/℃4
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热电阻在温度t时的电阻值与0℃时的电阻值R0有关。
830 34.502 另:33.29mV查表对于800.3 ℃
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机械零点调整法
指针被预调到室温(30 C ) 可补偿冷端损失
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(3)冷端补偿器法
很多工业生产过程既没有保持0℃的条件,也 没有长期维持参比端恒温的条件,热电偶的参比 端温度t0往往是随时间和所处的环境而变化的。 在此情况下可以采用冷端补偿器来自动补偿t0的 变化。
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热电势修正法举例
例:现镍铬-镍硅(分度号为K)热电偶测一高温,输出电
势为EAB(T,TN)=33.29mV,已知环境温度TN=30℃,求 被测温度T。 解:查表的EAB(30,0)=1.2mV
温度 电动势 (℃) (mV)
∴EAB(T,0)=EAB(T,30)+EAB(30,0)
0
0
=33.29+1.203=34.493mV
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冰点法接线图
1-被测流体管道,2-热电偶,3-接线盒,4-补偿导线, 5-铜质导线,6-毫伏表,7-冰瓶,8-冰水混合物, 9-试管(装有油类或水银),10-新的冷端
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(2)热电势修正法
将冷端置于已知的恒温条件,保持t0稳定不变,根据中间 温度定律:
E(t, 0) = E(t , t0) + E(t0 , 0) 再根据测得的热电势E(t , t0)和查到的E(t0 , 0)之和去查分 度表,即可得到被测的实际温度。
双线无感 绕法
保 护膜 (b)
直径1 mm的银 丝或镀银铜丝
引 线端
外接线路 相连
测量电路:经常采用电桥电路 热电阻结构
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连接方式:引线方式有二线制、三线制和四线制三种
电阻体
电阻体
电阻体
二线制
二线制中引线 电阻对测量影 响大, 用于 测温精度不高 的场合
三线制
三线制可以减小热电 阻与测量仪表之间连 接导线的电阻因环境 温度变化所引起的测 量误差。
注意:与被补偿热电偶对应型号的补偿电桥。
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热电偶冷端的延长
采用相对廉价的补偿导线,可延长热电偶的冷 端,使之远离高温区;可节约大量贵金属;易弯曲, 便于敷设。
型号
配用热电偶 正-负
导线外皮颜色 正-负
SC
铂铑10-铂
KC
镍铬 - 镍硅
红-绿 红-蓝
WC5/26
钨铼5-钨铼26
红-橙
补偿导线在0~100C范围内的热电势与配套的热
图 内部引线方式
四线制
四线制可以完全消 除引线电阻对测量 的影响,用于高精 度温度检测。
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热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成,如下图所示。
热电阻
现场 图 热电阻传感器
显 示 仪表 控制室
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2.3.3 特殊热电阻
– 铠装热电阻 – 薄膜铂电阻 – 厚膜铂电阻 – 热敏电阻
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铠装热电阻
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(2) 铜热电阻 由于铂是贵重金属,因此,在一些测量精度 要求不高且温度较低的场合,可采用铜热电阻进行测温,它的 测量范围为-50~150℃。
铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系可近似地表 示为
Rt= R0 (1+At+Bt2+Ct3) 式中A=4.28899×10-3(℃-1); B=-2.133×10-7(℃-2); C=1.233×10-9 (℃-3) 。
铜-康铜补偿导线 Ⅱ型 铜-铜镍硅补偿导线
铜-铜镍补偿导线
注:如镍铬-考铜的前者(镍铬)为“+”(用红色标示), 后者考铜为“-”(用白色标示)。
2019/8/3
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补偿导线外形 A’
B’ 屏蔽层 保护层
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2.2.6 热电偶实用测温线路
一、测量某点温度的基本电路 只要C的两端温度 相等就对测量精 度无影响。
铜热电阻有两种分度号,分别为Cu50和Cu100。 铜热电阻线性好,价格便宜,但它测量范围窄,易氧化, 不适宜在腐蚀性介质或高温下工作。
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2.3.2 热电阻的结构
电阻丝和
电 阻 体 电阻支架
安 装固 定 件 不 锈钢 套 管
பைடு நூலகம்接 线盒
瓷 绝缘 套 管 (a)
芯柱
引 线口
云母、石英或陶 瓷塑料
电 阻丝
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常用热电阻
用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定的电阻温度 系数和电阻率,R-t关系最好成线性,物理化学性能稳定,复现 性好等。 目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。
(1) 铂热电阻 铂热电阻的特点是精度高、稳定性好、性能 可靠,所以在温度传感器中得到了广泛应用。按IEC标准,铂 热电阻的使用温度范围为-200~850℃。
mV
A


B
A
A BB A
T1
T2
注:热电动势E必须 与温度T呈线性关系
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三、测量多点之间的平均温度的电路
并联电路

R1 E1

R2 E2

R3 E3
A BA B A B
T1
T2
T3
mV
三个热电偶工作在线 性区时代表着平均温度。 每个热电偶需串联较大电 阻,且分度与单个热电偶 一样。
电偶的热电势相等,所以不影响测量精度。
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补偿导线型号(续)
型 配用热电 型 导线外皮 100C时

偶 正-负
号 颜色
的 热电势/
正-负
mV
RC
R RC (铂铑13—铂)
红-绿
0.647
NC N NC 红-黄 (镍铬硅—镍硅)
2.744
EX E EX (镍铬—铜镍) 红-棕
6.319
JX
J(铁—铜镍)
E2

E3
A BA B A B
T1
T2
T3
mV
E
E E1 E2 E3
三个热电偶工作在线 性区时代表着多点温度之 和。任一热电偶烧坏都可 立即知道,且可得到较大 的电动势。
每一热电偶引出的补 偿导线必须接到仪表的冷 端处。
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二、测量两点之间温度差的连接电路
用两支同型号热电偶配用相同的补偿导线,使两热电动势 相互抵消,因此可测量温度差值。
(1)电阻温度系数α尽可能大且稳定,有利于提高传 感器的灵敏度和准确度;
电阻温度系数α:表征金属热电阻阻值随温度的变 化大小,其定义式为: α=(R100-R0)/100R0 (2)电阻率尽可能大,有利于减小传感器的体积和 热惯性; (3)在规定的使用温度范围内,其物理与化学性能 要稳定; (4)材料的复现性好,价格便宜。
只有在平衡点温度和计算点温度下可以得到完全补偿,而在其它各参比 端温度值时只能得到近似的补偿。因此采用冷端补偿器作为参比端温度的 处理方法会带来一定的附加误差。我国工业用的冷端补偿器有两种参数: 一种是平衡点温度定为0℃;另一种是定为20℃。它们的计算点温度均为 40℃。
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(3)冷端补偿器法
XT-WBC热电偶冷 端补偿器
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(3)冷端补偿器法
当热电偶参比端和补偿 器的温度t0=0℃时,补偿 器桥路四臂电阻R1~R4 均为1Ω,电桥处于平衡状 态,桥路输出端电压Uba= 0,指示仪表所测得的总 电势为
E=E(t,t0)+Uba=E(t,0)
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(3)冷端补偿器法
E=E(t,t0)+Uba=E(t,0)
当t0随环境温度增高时,R4增大, 则a点电位降低,使Uba增加。同时 由于t0增高,E(t,t0)将减小。通过合 理设计桥路限流电阻Rg,使Uba的 增加值恰等于[E(t,0)-E(t,t0)],那么 指示仪表所测得的总电势将不随t0 而变,相当于热电偶参比端自动处 于0℃。
10 0.397 20 0.798
再查分度号为K的分度表得:
30 1.203
T=820℃时,EAB(820,0)=34.095mV


800 33.277
810 33.686
820 34.095
T=830℃时,EAB(830,0)=34.502mV
∴T=820+(34.493-34.095)/(34.50234.095)*(830-820) = 829.7℃
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热电阻温度计的特点(与热电偶比较) (1)同样温度下输出信号大,灵敏度高
例如:0 ℃→100 ℃,K热电偶 0 →4.096mV S热电偶 0 →0.646mV
而Pt100铂电阻 100欧 →138.51欧
(2)测温上限低;测量准确度高
热电阻在-200~650 ℃的测量范围内使用; 在低温区,热电偶热电特性非线性大,输出电势小,抗干 扰能力较小,测量误差大。热电阻的线性度、复现性及稳定 性均较好,故在测温范围≤630 ℃,测温学上把铂电阻温度 计选定为基准温度计。
Rt R0 (1 At Bt 2 Ct 3 )
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热电阻
金属热电阻和半导体热电阻两大类
金属热电阻称为热电阻,半导体热电阻称为热敏电阻。
热电阻广泛用来测量-200~850℃范围内的温度,少数情况下, 低温可测量至1K,高温达1000℃。标准铂电阻温度计的精确度 高,作为复现国际温标的标准仪器。热电阻也可与温度变送器 连接,转换为标准电流信号输出。
第章温度热电偶冷端补偿与热 电阻
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(1)冰点法
将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中,使 冷端的温度保持在0C不变。此法也称冰浴法,它消除了t0 不等于0C而引入的误差,由于冰融化较快,所以一般只适 用于实验室中。在所有的方法中,精度最高。
在冰瓶中,冰水混合 物的温度能较长时间地保 持在0C不变。
JX
红-紫
5.264
TX T TX (铜—铜镍 ) 红-白
4.279
补偿导线分: Ⅰ型(与所配的热电极相同的合金)
Ⅱ型(与所配的热电极不同的合金)
热电偶
补偿导线及类型
镍铬-考铜 铁-康铜 镍铬-镍硅
镍铬-考铜补偿导线 Ⅰ型 铁-康铜补偿导线
镍铬-镍硅补偿导线
铜-康铜
铜-康铜补偿导线
镍铬-镍硅 钨铼5-钨铼20 铂铑10-铂
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(3)热电阻感温体结构复杂,体积较大,热惯性大, 不适宜测体积狭小和温度变化快的温度,抗冲击和 振动性能也差。 (4)热电阻的测量必须借助于外加电源
通常采用电桥将电阻值转换成电压输出,而热电 偶可直接输出;热电偶需自由端温度补偿,热电阻 不需,其起始电阻R0 是利用电桥平衡原理自动消去。
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热电阻温度传感器材料的选择标准
铂热电阻的W100≥1.3851。目前技术水平可达到W(100) =1.3930, 其对应铂的纯度为99.9995%。
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我国机械行业标准JB/T 8622 规定的工业用铂电阻允差: • A级:±(0.15+0.002∣t∣)℃ • B级:±(0.3+0.005∣t∣)℃ ∣t∣为温度的绝对值,℃ 换算成0℃时电阻误差: • A级:±0.06%R0 • B级:±0.12% R0 温度误差与阻值误差的关系,以Pt100为例(R0=100Ω) • 灵敏度大约0.385Ω/℃ • 0.3℃*0.385Ω/℃=0.115Ω=0.12Ω • 0.12/100=0.12%
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