第三章 溫度測量熱電阻課件

1、 第三節(jié)第三節(jié) 熱電阻測溫?zé)犭娮铚y溫 工業(yè)上廣泛應(yīng)用電阻溫度計來測量工業(yè)上廣泛應(yīng)用電阻溫度計來測量 -200-200500500之間的溫度。之間的溫度。 特點特點: : 準(zhǔn)確度高；準(zhǔn)確度高； 在中低溫下（在中低溫下（ 500500以下）測溫以下）測溫, , 輸出信號比熱電輸出信號比熱電偶的要大得多偶的要大得多, ,故靈敏度高；故靈敏度高； 輸出是電信號，因此便于信號的遠(yuǎn)傳和實現(xiàn)多點切輸出是電信號，因此便于信號的遠(yuǎn)傳和實現(xiàn)多點切換測量。換測量。 組成組成: :由熱電阻、顯示儀表由熱電阻、顯示儀表 和連接導(dǎo)線組成，熱電阻由和連接導(dǎo)線組成，熱電阻由 電阻體、絕緣套管和保護(hù)套電阻體、絕緣套管和保護(hù)套

2、管等主要部件組成。管等主要部件組成。 一、測溫原理一、測溫原理 根據(jù)材料不同，測溫?zé)犭娮杩煞譃榻饘俸桶雽?dǎo)體根據(jù)材料不同，測溫?zé)犭娮杩煞譃榻饘俸桶雽?dǎo)體熱電阻兩種。熱電阻兩種。 實驗證明，大多數(shù)金屬導(dǎo)體當(dāng)溫度升高實驗證明，大多數(shù)金屬導(dǎo)體當(dāng)溫度升高11時，時，其阻值要增加其阻值要增加0.40.40.60.6，半導(dǎo)體的阻值要減小，半導(dǎo)體的阻值要減小3 36 6。正是由于導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻值會隨溫度而變化，因。正是由于導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻值會隨溫度而變化，因此測量它們的電阻值變化便可達(dá)到測溫的目的。此測量它們的電阻值變化便可達(dá)到測溫的目的。 并不是任何材料都選用來制作熱電阻。對制作熱并不是任何材料都選用來

3、制作熱電阻。對制作熱電阻的材料有很多要求電阻的材料有很多要求, ,其中有一點是選用的材料的電阻其中有一點是選用的材料的電阻溫度系數(shù)要大。溫度系數(shù)要大。 電阻溫度系數(shù)的定義是：電阻溫度系數(shù)的定義是：溫度變化溫度變化ll時電阻值的相時電阻值的相對變化量，用對變化量，用來表示，單位是來表示，單位是-1-1，根據(jù)定義，根據(jù)定義，用用下式表示：下式表示： 一般材料的溫度系數(shù)一般材料的溫度系數(shù)并非常數(shù)，在不同的溫度下并非常數(shù)，在不同的溫度下具有不同的數(shù)值。因此常用（具有不同的數(shù)值。因此常用（R R100100R R0 0）（）（R R0 0100100）代表代表0 0100100之間的平均溫度系數(shù)，其中之

4、間的平均溫度系數(shù)，其中R R100100表示表示100100時的電阻值，時的電阻值，R R0 0表示表示00時的電阻值。時的電阻值。 為什么要求制作熱電阻的材料的電阻溫度系為什么要求制作熱電阻的材料的電阻溫度系數(shù)要大？數(shù)要大？dtdRRdtRdR1 二、標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻二、標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻 1 1、 鉑電阻鉑電阻 特點：特點： 優(yōu)點：優(yōu)點： 穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、性能可靠。穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、性能可靠。 缺點：缺點： 在還原性氣氛中，特別是在高溫下很容易被還原在還原性氣氛中，特別是在高溫下很容易被還原性氣體污染，鉑絲將變脆，并改變電阻與溫度間的關(guān)系。性氣體污染，鉑絲將變脆，并改變電阻與溫度間的關(guān)系。 純

5、度要求：純度要求：鉑的純度常以鉑的純度常以R R100100/R/R0 0來表示。對于工業(yè)用鉑來表示。對于工業(yè)用鉑電阻，規(guī)定其電阻，規(guī)定其R R100100/R/R0 0為為1.3851.385； 分度號：分度號：Pt10Pt10和和Pt100Pt100；（注意（注意1010和和100100的含義）的含義） 分度關(guān)系：分度關(guān)系：鉑電阻的溫度特性可用下列二式表示：鉑電阻的溫度特性可用下列二式表示：在在-200-20000之間之間 R Rt t=R=R0 0 1 + At + Bt1 + At + Bt2 2 + Ct+ Ct3 3(t-100) (t-100) 在在0 0850850之間之間 R

6、 Rt t=R=R0 0 (1 + At + Bt(1 + At + Bt2 2) ) 以上兩式中以上兩式中 R Rt ttt時的電阻值；時的電阻值； R R0 000時的電阻值；時的電阻值； A A， B B， CC常數(shù)，對于工業(yè)用鉑電阻，常數(shù)，對于工業(yè)用鉑電阻，A A 3.908023.908021010-3 -3 -1-1， B B5.8025.8021010-7 -7 -2 -2 , , C= C= 4.273504.273501010-12 -12 -4-4 2 2、銅電阻、銅電阻 特點：特點： 優(yōu)點：電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的，電阻溫度優(yōu)點：電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的，電阻

7、溫度系數(shù)也比較大，而且材料容易提純，價格比較便宜，適系數(shù)也比較大，而且材料容易提純，價格比較便宜，適用于一些測量準(zhǔn)確度要求不是很高、而且溫度較低的場用于一些測量準(zhǔn)確度要求不是很高、而且溫度較低的場合。測量范圍是合。測量范圍是-50-50+150+150。 缺點：在缺點：在250250以上容易氧化，因此只能用在低溫及沒以上容易氧化，因此只能用在低溫及沒有腐蝕性的介質(zhì)中；銅的電阻率有腐蝕性的介質(zhì)中；銅的電阻率比較小，做成一定阻比較小，做成一定阻值的熱電阻時體積就不可能很小。值的熱電阻時體積就不可能很小。 純度：純度：我國規(guī)定工業(yè)用銅電阻的我國規(guī)定工業(yè)用銅電阻的R R100100/R/R0 01.4

8、281.428。 分度號：分度號：銅電阻的分度號是銅電阻的分度號是Cu50Cu50和和Cul00Cul00，表示其，表示其R R0 0分分別為別為5050及及100100。 分度關(guān)系：分度關(guān)系：銅電阻在其測量范圍內(nèi)的溫度特性可用下銅電阻在其測量范圍內(nèi)的溫度特性可用下式表示：式表示： R Rt t=R=R0 0 (1 + At + Bt(1 + At + Bt2 2 +Ct+Ct3 3) ) 式中式中 R Rt ttt時的電阻值；時的電阻值； R R0 000時的電阻值時的電阻值 A A， B B， CC常數(shù)，對于工業(yè)用銅電阻，常數(shù)，對于工業(yè)用銅電阻，A A 4.288994.288991010

9、-3 -3 -1-1 , B , B 2. 1332. 1331010-7 -7 -2 -2 ， C C1.2331.2331010-9 -9 -3 -3 。 由于銅電阻的特性在由于銅電阻的特性在 0 0100 100 之間基本上是線性之間基本上是線性的，所以在的，所以在 0 0 100100之間的溫度特性可以用下式表示：之間的溫度特性可以用下式表示： R Rt t=R=R0 0 (1 + t(1 + t）式中式中 0 0 100100之間的溫度系數(shù)，等于之間的溫度系數(shù)，等于 4.28 4.28 1010- -3 3 -1 -1 。三、半導(dǎo)體熱敏電阻三、半導(dǎo)體熱敏電阻 測溫范圍：測溫范圍：-1

10、00-100300300 材料：金屬氧化物以一定比例混合材料：金屬氧化物以一定比例混合 分類：分類：NTCNTC、PTCPTC、CTRCTR NTCNTC的電阻溫度特性的電阻溫度特性: R: RT T=Ae=AeB/TB/T 特點（與金屬測溫電阻相比）特點（與金屬測溫電阻相比） 電阻系數(shù)大電阻系數(shù)大 電阻率大電阻率大 體積小體積小 非線性嚴(yán)重非線性嚴(yán)重 互換性差互換性差 穩(wěn)定性不好穩(wěn)定性不好 四、工業(yè)用熱電阻的結(jié)構(gòu)四、工業(yè)用熱電阻的結(jié)構(gòu) 由熱電阻體、引出線、絕緣骨架、保由熱電阻體、引出線、絕緣骨架、保護(hù)套管、接線盒等部分組成。其中保護(hù)套護(hù)套管、接線盒等部分組成。其中保護(hù)套管和接線盒的外形及其功

11、能、要求和熱電管和接線盒的外形及其功能、要求和熱電偶基本相同。偶基本相同。 鉑電阻體結(jié)構(gòu)鉑電阻體結(jié)構(gòu)1-銀引出線；銀引出線；2-鉑絲；鉑絲；3-鋸齒形云母骨架；鋸齒形云母骨架；4-保護(hù)保護(hù)用云母片；用云母片；5-銀綁帶；銀綁帶；6-銅電阻橫截面；銅電阻橫截面；7-保護(hù)套保護(hù)套管；管；8-石英骨架石英骨架 銅電阻體結(jié)構(gòu)銅電阻體結(jié)構(gòu)1-線圈骨架；線圈骨架；2-銅熱電銅熱電阻絲；阻絲；3-補(bǔ)償組；補(bǔ)償組；4-銅銅引出線引出線半導(dǎo)體熱敏電阻結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體熱敏電阻結(jié)構(gòu)1-電阻體；電阻體；2-引出線；引出線；3-玻璃保護(hù)管；玻璃保護(hù)管；4-引出極；引出極；5-錫箔；錫箔；6-密封材料；密封材料；7-導(dǎo)體導(dǎo)體

12、（a）普通工業(yè)熱電阻）普通工業(yè)熱電阻 (b) 鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻 1-接線盒；接線盒；2-接線柱；接線柱； 1-感溫元件；感溫元件；2-金屬套管；金屬套管； 3-接線座；接線座；4-保護(hù)套管；保護(hù)套管； 3-金屬導(dǎo)線金屬導(dǎo)線; 4-絕緣材料；絕緣材料； 5-引出線；引出線；6-感溫元件感溫元件 5-接線盒接線盒 熱電阻的結(jié)構(gòu)示意圖熱電阻的結(jié)構(gòu)示意圖熱電阻的結(jié)構(gòu) 引出線引出線 （1）兩線制）兩線制 （2）三線制）三線制 （3）四線制）四線制 五、電阻的測量方法五、電阻的測量方法 對于熱電阻阻值的測量對于熱電阻阻值的測量, ,在實驗室常用手動平衡電在實驗室常用手動平衡電橋橋, ,在工業(yè)上常采用自

13、動平衡電橋和不平衡電橋。在工業(yè)上常采用自動平衡電橋和不平衡電橋。任何測量電阻的方法，都應(yīng)注意：任何測量電阻的方法，都應(yīng)注意：（1 1）通過熱電阻的電流不能超過允許值；）通過熱電阻的電流不能超過允許值；（2 2）連接導(dǎo)線的阻值要固定；）連接導(dǎo)線的阻值要固定；（3 3）連接導(dǎo)線的接線方式要盡量能消除環(huán)境溫度的影響）連接導(dǎo)線的接線方式要盡量能消除環(huán)境溫度的影響（采用三線制和四線制接線方式）（采用三線制和四線制接線方式） 下面主要介紹電橋測量法。下面主要介紹電橋測量法。1 1、用手動、用手動平衡電橋測電阻平衡電橋測電阻 2 2、用自動平衡電橋測電阻、用自動平衡電橋測電阻自動平衡電橋的測量橋路自動平衡電

14、橋的測量橋路 3 3、用不平衡電橋測電阻、用不平衡電橋測電阻熱電阻的兩線制接法示意熱電阻的兩線制接法示意 熱電阻引線的三線制接法示意熱電阻引線的三線制接法示意 恒流驅(qū)動四線制多路測溫恒流驅(qū)動四線制多路測溫 恒流驅(qū)動三線制多路測溫恒流驅(qū)動三線制多路測溫 三線制熱電阻電橋多路測量電路三線制熱電阻電橋多路測量電路 兩線制熱電阻電橋多路測量電路兩線制熱電阻電橋多路測量電路 熱電阻溫度計的應(yīng)用熱電阻溫度計的應(yīng)用 熱電阻的誤差分析熱電阻的誤差分析 （1）動態(tài)誤差 （2）連線電阻變化引起測量誤差 （3）熱電阻通電發(fā)熱引起誤差 （4）機(jī)械力帶來的誤差 （5）氧化帶來的誤差（6）淬火效應(yīng)的誤差 六、熱電阻的校驗

15、六、熱電阻的校驗工業(yè)熱電阻的校驗采用比較法。工業(yè)熱電阻的校驗采用比較法。第四節(jié)第四節(jié) 測溫實例測溫實例 采用接觸式測溫方法測量溫度時，溫度計指示的溫度采用接觸式測溫方法測量溫度時，溫度計指示的溫度只是感溫元件本身的溫度。若要使測溫儀表的感溫元件輸只是感溫元件本身的溫度。若要使測溫儀表的感溫元件輸出反映被測溫度，需滿足以下條件：出反映被測溫度，需滿足以下條件： （1 1）溫度計和被測對象組成孤立的熱平衡系統(tǒng)；）溫度計和被測對象組成孤立的熱平衡系統(tǒng)； （2 2）溫度計的熱容和熱阻為零。）溫度計的熱容和熱阻為零。 但實際測溫中，溫度計除與被測對象進(jìn)行熱交換外，但實際測溫中，溫度計除與被測對象進(jìn)行熱交

16、換外，還要與周圍環(huán)境交換熱量；再有溫度計的熱容和熱阻也不還要與周圍環(huán)境交換熱量；再有溫度計的熱容和熱阻也不可能為零。各種因素的影響使得溫度計的輸出與被測真實可能為零。各種因素的影響使得溫度計的輸出與被測真實溫度不同，有時兩者的差別很大。單靠提高測溫儀表的準(zhǔn)溫度不同，有時兩者的差別很大。單靠提高測溫儀表的準(zhǔn)確度是不能減小此偏差的，只有通過分析測溫對象，選擇確度是不能減小此偏差的，只有通過分析測溫對象，選擇合理的測溫技術(shù)，才有可能獲得準(zhǔn)確的溫度值。合理的測溫技術(shù)，才有可能獲得準(zhǔn)確的溫度值。 一、一、 管內(nèi)流體溫度的測量管內(nèi)流體溫度的測量 式中式中 、 管內(nèi)外介質(zhì)對測溫管之間的放熱系數(shù)；管內(nèi)外介質(zhì)對

17、測溫管之間的放熱系數(shù)； 、 管內(nèi)外兩段測溫管的熱導(dǎo)率，管內(nèi)外兩段測溫管的熱導(dǎo)率， = = 、 、 兩段測溫管的截面周長，兩段測溫管的截面周長， = = 、 管道內(nèi)、外兩段測溫管的截面積，管道內(nèi)、外兩段測溫管的截面積， = = 、 管道內(nèi)外測溫管的長度。管道內(nèi)外測溫管的長度。 1212121F2F1F2F1L2L1V2V1L2L2L1L 要想減小這個誤差，需要減小分子項，增大分母項，要想減小這個誤差，需要減小分子項，增大分母項，現(xiàn)在我們來討論一下誤差公式?，F(xiàn)在我們來討論一下誤差公式。 (1)(1) 為管道當(dāng)中流體與管外介質(zhì)的溫差，為了減小這個為管道當(dāng)中流體與管外介質(zhì)的溫差，為了減小這個誤差應(yīng)該把

18、露在管道外側(cè)的測溫管用保溫材料包起來，誤差應(yīng)該把露在管道外側(cè)的測溫管用保溫材料包起來，使得測溫管露出部分的溫度提高，減小熱電偶對外導(dǎo)熱使得測溫管露出部分的溫度提高，減小熱電偶對外導(dǎo)熱損失。損失。 和和 要使要使 和和 增大，必定有增大，必定有 增大。增大。(3)(3) 必有必有 0310()()tttt11()ch b L1110()()th b Ltt)()(0122ttLbcth03()tt11()ch b L11()th b L11b L)(22Lbcth22b L 對管內(nèi)流體溫度進(jìn)行測量時溫度計的安裝通常要考慮以對管內(nèi)流體溫度進(jìn)行測量時溫度計的安裝通常要考慮以下幾點：下幾點：1. 1.

19、 測點位置要選在有代表性的地點，不能在溫度的死角區(qū)域；測點位置要選在有代表性的地點，不能在溫度的死角區(qū)域；2. 2. 要保證測溫元件有一定的插入深度，元件的感溫點應(yīng)處于管要保證測溫元件有一定的插入深度，元件的感溫點應(yīng)處于管道中心流速最大處。對于直徑大的管道，測溫元件可垂直插道中心流速最大處。對于直徑大的管道，測溫元件可垂直插入；為增加插入深度，可迎著流體流動的方向斜向插入測溫入；為增加插入深度，可迎著流體流動的方向斜向插入測溫元件；對于內(nèi)徑較小的管道，測溫元件可插入彎頭處或加裝元件；對于內(nèi)徑較小的管道，測溫元件可插入彎頭處或加裝擴(kuò)大管。圖給出了幾種常見的測溫元件安裝方式。擴(kuò)大管。圖給出了幾種常

20、見的測溫元件安裝方式。（a a）垂直安裝）垂直安裝 （b b）傾斜安裝（）傾斜安裝（c c）彎管處安裝）彎管處安裝 （d d）擴(kuò)大管安裝）擴(kuò)大管安裝 3. 3. 對于高溫管道，在測點引出處要加保溫材料隔熱，以減小熱對于高溫管道，在測點引出處要加保溫材料隔熱，以減小熱損失帶來的測量誤差。損失帶來的測量誤差。 各種測溫管裝置方案的測量誤差比較各種測溫管裝置方案的測量誤差比較 溫度計安裝在蒸汽管道不同位置上測溫的情況。該溫度計安裝在蒸汽管道不同位置上測溫的情況。該管道內(nèi)徑是管道內(nèi)徑是100100毫米，汽壓毫米，汽壓3MPa3MPa，汽溫為，汽溫為386386，流速為，流速為30303535米秒。米秒

21、。 二、二、 壁面溫度測量壁面溫度測量采用熱電偶來測量固體表面溫度采用熱電偶來測量固體表面溫度（a a）點接觸）點接觸 （2 2）面接觸）面接觸 （3 3）等溫線接觸）等溫線接觸 （4 4）分立接觸）分立接觸測量誤差不僅僅與熱電偶測量端的接觸形式有關(guān)，而且測量誤差不僅僅與熱電偶測量端的接觸形式有關(guān)，而且與被測面的導(dǎo)熱能力有關(guān)，如被測固體表面為玻璃、陶與被測面的導(dǎo)熱能力有關(guān)，如被測固體表面為玻璃、陶瓷等，它們的導(dǎo)熱性能差，這時采用（瓷等，它們的導(dǎo)熱性能差，這時采用（a a）接觸形式，）接觸形式，則誤差很大，而采用（則誤差很大，而采用（b b）接觸形式則誤差大大減小，）接觸形式則誤差大大減小，這是因為金屬片導(dǎo)熱性能好，當(dāng)金屬片有比較大的面積這是因為金屬片導(dǎo)熱性能好，當(dāng)金屬片有比較大的面