熱電阻和熱電偶的分類(lèi)和基本概念點(diǎn)擊次數: 76發(fā)表時(shí)間: 2009-11-19 19:06:48

一、溫度測量的基本概念

溫度是表示物體冷熱程度的物理量。 溫度只能通過(guò)隨溫度變化的物體特性間接測量，測量物體溫度值的比例稱(chēng)為溫度比例。 規定溫度讀取開(kāi)始點(diǎn)(零點(diǎn))和測量溫度的基本單位。 現在國際上常用的溫度標準是華氏、攝氏、熱力學(xué)溫度標準和國際實(shí)用溫度標準。

華氏溫度標準( oF )在標準大氣壓下，冰的熔點(diǎn)分為32度，水的沸點(diǎn)分為212度，中間分為180等分，苐yi次規定為新聞氏1度，符號為off。

攝氏溫度(℃)在標準大氣壓下，冰的熔點(diǎn)分為0度，水的沸點(diǎn)分為100度，中間分為100等分，第1分為報紙氏1度，符號規定為℃。

熱力學(xué)溫度坐標也稱(chēng)為開(kāi)爾文溫度坐標，或者也稱(chēng)為溫度坐標，將分子運動(dòng)停止時(shí)的溫度規定為零度，將記號規定為k。 國際實(shí)用溫度標準是國際協(xié)議性溫度標準，接近熱力學(xué)溫度標準，再現精度高，使用方便。 目前，國際共同的溫度標準是國際溫度標準ITS-90。 國際溫度標準( ITS-90 )介紹如下。

溫度單位熱力學(xué)溫度(符號t )是基本功能的物理量，其單位為開(kāi)爾文(符號k )，定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的1/273.16。 在以往的溫度基準的定義中，使用與273.15K (冰點(diǎn)以下)之間的差來(lái)表現溫度，因此現在該方法還存在。 根據定義，攝氏的大小和開(kāi)爾文一樣，溫度差也可以用攝氏和開(kāi)爾文來(lái)表示。 國際溫度標準ITS-90定義了國際開(kāi)爾文溫度(符號T90 )和國際攝氏溫度(符號T90 )的國際溫度標準ITS-90的通則ITS-90從0.65K向普朗克輻射法則通過(guò)單色輻射實(shí)際可測定的zui高溫度。 ITS-90被設定為，在整個(gè)范圍內，任何溫度的T90值都非常接近采用溫度坐標時(shí)t的zui佳推定值，與直接測定熱力學(xué)溫度相比，T90的測定非常方便，且具有精密、高的再現性。 ITS-90的定義*溫度區域在0.65K到5.00K之間，T90由3He和4hh的蒸氣壓和溫度的關(guān)系式定義。 第二溫區在3.0K到氖三相點(diǎn)( 24.5661K )之間的T90由氦氣溫度計定義。 第三溫區從平衡氫三相點(diǎn)( 13.8033K )到銀的凝固點(diǎn)( 961.78℃)之間，T90由鉑電阻溫度計定義。

二、溫度測量?jì)x器的分類(lèi)

溫度測量?jì)x器根據測溫方式大致分為接觸式和非接觸式。 接觸式測溫計的測溫計較簡(jiǎn)單、可靠、測量精度高，但測溫元件和被測介質(zhì)需要充分的熱交換，達到熱平衡需要時(shí)間，因此在存在測溫延遲現象的同時(shí)，受高溫材料的限制，不能應用于高溫測量。 非接觸式儀表測溫是以熱輻射的原理來(lái)測量溫度的，測溫元件不需要與被測介質(zhì)接觸，測溫范圍廣，沒(méi)有測溫上限的限制，沒(méi)有破壞被測物體的溫度場(chǎng)，反應速度一般也較快，但受物體發(fā)射率、測距、煙塵、水分等外在因素的影響，測量誤差較大。

三、熱電偶和熱電阻

接觸式溫度測量?jì)x的熱電偶和熱阻是工業(yè)上常用于zui的溫度檢測元件。

(1)熱電偶

1、熱電偶的特點(diǎn)是

測量精度高。 由于熱電偶直接與被測對象接觸，因此不受中間介質(zhì)的影響。 測量范圍廣。 通常的熱電偶可以從-50~+1600℃連續測量，特定的特殊熱電偶zui可以測量到-269℃(例如鐵鎳鉻合金)，zui可以測量到+2800℃(例如鎢-錸)。 結構簡(jiǎn)單，使用方便。 熱電偶通常由兩種不同的電線(xiàn)組成，且不受大小和開(kāi)頭限制，外面有保護套，使用方便。 2 .熱電偶的測量原理

熱電偶是將溫度信號轉換成熱電勢信號的感溫元件，通過(guò)電氣測量?jì)x的組合，可以測量所測量的溫度。 熱電偶測溫的基本原理是熱電效應。 在由兩種不同材料的導體a和b構成的閉合電路中，當a和b兩個(gè)接點(diǎn)處于不同的溫度t和To時(shí)，在電路中產(chǎn)生熱電勢。 這就是塞貝克效應。 導體a和b稱(chēng)為熱電極。 溫度高的一端( T >； 稱(chēng)為工件(通常焊接)溫度低的一端( To >； 我們稱(chēng)之為自由端，選擇。 根據熱電勢與溫度函數的關(guān)系。 可以創(chuàng )建熱電偶索引表。 索引表是在自由端溫度To=00C的條件下得到的。 不同的熱電偶有不同的刻度表。 在熱電偶電路中插入第三金屬材料的情況下，如果該材料的兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同，則熱電偶產(chǎn)生的熱電勢不變化，即不受第三金屬訪(fǎng)問(wèn)電路的影響。 因此，測溫熱電偶時(shí)，如果訪(fǎng)問(wèn)測量?jì)x器，測量熱電勢，則可以知道被測量介質(zhì)的溫度。

3 .熱電偶的種類(lèi)和結構形成

(1)熱電偶的種類(lèi)

常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩類(lèi)。 標準熱電偶是指國家標準規定了熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、統一的標準尺度的熱電偶，有與其配套的顯示器。 未標準化的熱電偶不及使用范圍或數量級標準化的熱電偶，一般也沒(méi)有統一的標度表，主要用于特殊情況下的測量。

(2)熱電偶的材料

理論上，任何兩種導體都可以制造熱電偶，但實(shí)際上并非所有材料都能制造熱電偶，因此熱電極材料必須滿(mǎn)足以下要求

熱電偶材料受到溫度作用會(huì )產(chǎn)生較高的熱電勢，熱電勢與溫度的關(guān)系zui優(yōu)選呈線(xiàn)性或近似線(xiàn)性的一值函數關(guān)系，測量出較高的溫度，可在較寬的溫度范圍內應用，長(cháng)期使用后，物理、化學(xué)性能及熱電特性穩定材料的電阻溫度系數較小， 電阻率高，導電性能好，要求熱容量小重現性好，易于大量生產(chǎn)和更換，易于制定統一分度表，機械性能好，材質(zhì)均勻，資源豐富，價(jià)格低廉。 (3)為了保證熱電偶可靠且穩定地工作，熱電偶結構中①構成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固②兩個(gè)熱電極相互絕緣，必須防止短路③補償導線(xiàn)與熱電偶自由端的連接必須簡(jiǎn)單可靠④保護

4 .熱電偶的分度代號

標準化熱電偶是按照IEC國際標準生產(chǎn)的。 熱電偶的分度代號主要有s、r、b、n、k、e、j、t等幾種。 其中，s、r、b屬于貴金屬熱電偶，n、k、e、j、t屬于賤金屬熱電偶.

s標號的特點(diǎn)是抗氧化性能強，應在氧化性、惰性氣氛中連續使用，長(cháng)期使用溫度為1400℃、短期1600℃。 在所有的熱電偶中，s索引號的溫度等級zui高，通常作為標準熱電偶使用的r索引號與s索引號相比熱電動(dòng)勢大15%左右，其他性能大致相同的b索引號在室溫下熱電動(dòng)勢極小，因此在測定時(shí)不需要補償引線(xiàn)。 其長(cháng)期使用溫度為1600℃、短期1800℃。 可在氧化性或中性氣氛下使用，也可在真空條件下短期使用。 n索引號的特點(diǎn)是1300℃時(shí)高溫抗氧化能力強，熱電動(dòng)勢的長(cháng)期穩定性和短期熱循環(huán)的再現性好，耐核輻射和耐低溫性能好，可部分替代s索引號熱電偶的k索引號的特點(diǎn)是抗氧化性能強，應在氧化性、惰性氣氛中連續使用 所有熱電偶都廣泛使用zui。e索引號的特征是常用熱電偶中熱電動(dòng)勢zui大，即靈敏度zui高。 優(yōu)選在氧化性、惰性氣氛中連續使用，使用溫度為0-800℃； $vme J索引號的特征在于，可用于氧化性氣氛(使用溫度上限750℃)和還原性氣氛(使用溫度上限950℃)，并且H2和CO氣體的耐腐蝕性強，多用于精油和化學(xué)工業(yè)的t索引號的特征在于，所有廉價(jià)的金屬熱電偶中等程度zui高，通常

5 .熱電偶冷側的溫度補償

熱電偶的材料一般是貴重的(特別是在采用貴金屬的情況下)，為了從測溫點(diǎn)到儀表的距離遠，節約熱電偶材料并降低成本，通常使用補償導線(xiàn)將熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩定的控制室，與儀表端子連接。 必須指出，熱電偶補償導線(xiàn)的作用只是將熱電偶的冷端子移動(dòng)到控制室的儀表端子，不能消除冷端子的溫度變化對測溫的影響，不能進(jìn)行補償。 因此，為了補償冷卻溫度t0&ne，還需要其他修正方法，對0℃下的測溫產(chǎn)生影響。 使用熱電偶補償導線(xiàn)時(shí)，要注意形式一致，不能搞錯極性，補償導線(xiàn)和熱電偶連接端的溫度不得超過(guò)100℃。

冷溫度補償器的形式與熱電偶的形式一致，根據必須在規定的溫度范圍內使用的冷溫度補償器與熱電偶連接時(shí)不得不錯過(guò)極性的補償器的平衡點(diǎn)溫度來(lái)調整儀表的開(kāi)始點(diǎn)，在具有指示平衡點(diǎn)溫度的自動(dòng)補償機構的顯示儀表上不安裝補償器的補償器必須定期檢查檢定。 其主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩定。 其中鉑熱的電阻測度zui高，不僅在工業(yè)測溫中，在標準標準儀器中也得到了廣泛應用。

1 .測溫電阻體的測溫原理和材料

測溫電阻體是利用金屬導體或半導體有溫度變化時(shí)其自身的電阻變化的特性來(lái)測定溫度的，測溫電阻體的受熱部(感溫元件)可以均勻地卷繞在用細金屬絲制成的絕緣材料制成的骨架上，也可以通過(guò)激光濺射法形成在基板上。 在被檢測介質(zhì)具有溫度梯度情況下，測定溫度是溫感元件存在范圍的電介質(zhì)層的平均溫度. 熱電阻幾乎都是純金屬材料制成的，現在大多使用zui的是鉑和銅，除此之外，現在還開(kāi)始用中值、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。

2 .熱阻的結構

(1)護套測溫電阻體是由感溫元件(電阻體)、導線(xiàn)、絕緣材料、不銹鋼套筒組合而成的堅固的體，其外徑一般為&phi； 2~&phi； 8毫米。 與典型的熱電阻器相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)

體積小，內部無(wú)氣隙，熱慣性方面，測量滯后小的機械性能好，抗振動(dòng)性強，耐沖擊性強，安裝方便，使用壽命長(cháng)。 (2)端面熱阻端面熱阻感溫元件用特殊處理過(guò)的電阻線(xiàn)材卷繞，與溫度計端面緊密接觸。 這與一般的軸向熱電阻體相比，能夠更準確且迅速地反映被測量端面的實(shí)際溫度，適用于測量金屬和其他工件的端面溫度。 (3)隔爆型熱電阻隔耐壓測溫電阻體可用于區域內有爆炸危險的場(chǎng)所的溫度測量。 隔爆型熱電阻體通過(guò)特殊結構的端子箱，將其殼體內部的爆炸性混合氣體因火花和電弧等的影響而產(chǎn)生的爆炸封閉在端子箱內，在生產(chǎn)現場(chǎng)不會(huì )引起爆炸。

3 .測溫電阻體系統的構成

測溫電阻體系統一般由測溫電阻體、連接線(xiàn)、顯示器等構成。 根據測溫電阻體的測溫原理，由于被測溫溫度的變化直接通過(guò)測溫電阻體的電阻值的變化來(lái)測定，因此測溫電阻體的引線(xiàn)等各種線(xiàn)電阻的變化對溫度測定產(chǎn)生影響，引起連接線(xiàn)電阻的變化的主要是引線(xiàn)長(cháng)度的變化、引線(xiàn)端子處的接觸電阻的變化、再布線(xiàn)引起的電阻的變化、以及環(huán)境溫度的變化

測溫電阻體的引出線(xiàn)方式有2線(xiàn)式、3線(xiàn)式、4線(xiàn)式3種。

雙線(xiàn)式熱電阻接線(xiàn)簡(jiǎn)單，但需要導線(xiàn)電阻附加誤差。 因此，無(wú)法制造a級精度的熱阻，請勿長(cháng)時(shí)間使用導線(xiàn)或導線(xiàn)。 3線(xiàn)式可消除導線(xiàn)電阻的影響，測量精度高于2線(xiàn)式。 zui作為過(guò)程檢測元件被廣泛應用。 4線(xiàn)式不僅可以消除引線(xiàn)電阻的影響，連接引線(xiàn)的電阻值相同時(shí)，也可以消除該電阻的影響。 高精度測量采用四線(xiàn)制。 (3)熱電偶和熱電阻的選擇方法

選擇熱電偶和熱電阻應考慮以下幾點(diǎn):

根據測溫范圍的選擇，在500℃以上選擇熱電偶，在500℃以下選擇熱電阻是一般的基于測定精度的選擇:選擇精度要求高的熱電阻，根據選擇精度要求低的熱電偶的測定范圍進(jìn)行選擇:熱電偶測定的一般的手指&ldquo； 點(diǎn)&rdquo； 溫度、測溫電阻體測量一般為空間平均溫度。 [打印][返回頂部][關(guān)李志強]

本文熱電偶高頻詞： 測量  測溫 

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