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文檔簡介
§2-4熱電阻溫度計
ResistanceThermometer
常用熱電阻種類熱電阻的結構半導體熱敏電阻熱電阻測溫原理一、熱電阻測溫原理及特點
用熱電偶測量500℃以下溫度時,熱電勢小,測量精度低;且使用中經(jīng)常需要進行冷端溫度補償。故工業(yè)上在測低溫時通常采用熱電阻溫度計,其測溫范圍為-200~500℃。
取一只100W/220V燈泡,用萬用表測量其電阻值,可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆,而計算得到的額定熱態(tài)電阻值應為484。
溫度升高,金屬內部原子晶格的振動加劇,從而使金屬內部的自由電子通過金屬導體時的阻礙增大,宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大,電阻值增加。優(yōu)點:1)輸出信號大、測溫精度高;2)電阻信號便于遠傳;3)無需冷端補償;4)可以實現(xiàn)多點切換測量。1、熱電阻測溫特點
缺點:1)感溫部分體積大,熱慣性大;2)不能測取某一點的溫度,只能測量一個區(qū)域的平均溫度;3)在使用時需要外供電源;4)連接導線電阻易受環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生測量誤差。熱電阻溫度計的組成:熱電阻(電阻體、絕緣管和保護套管)連接導線顯示儀表2、熱電阻測溫原理測溫原理金屬導體或半導體:
電阻值R=f(溫度t)電阻溫度系數(shù)(α)
——溫度變化1℃時,導體電阻值的相對變化量,單位為1/℃。
α↑→靈敏度↑。金屬導體:t↑→Rt↑,∴α為正值;而半導體:t↑→Rt↓,∴α為負值。金屬純度↑→α↑。有些合金材料,如錳銅
α→0。常用熱電阻材料的電阻與溫度關系
根據(jù)感溫元件的材質可分為金屬導體和半導體兩大類。金屬熱電阻目前大量使用的有鉑、銅和鎳三種。按準確度等級可分為標準電阻溫度計和工業(yè)電阻溫度計。
二、常用熱電阻種類熱電阻材料要求:(1)物理及化學性質穩(wěn)定;(2)電阻溫度系數(shù)大;(3)電阻率大;(4)電阻值與溫度近似為線性關系;(5)復現(xiàn)性好;(6)價格便宜。
特點:穩(wěn)定性好、精確度高、性能可靠。ITS-90規(guī)定以鉑電阻溫度計作為13.8033K~961.78℃溫域的標準內插儀器(1)鉑熱電阻(Pt)鉑的電阻值與溫度的關系在-200~0℃范圍內:在0~850℃范圍內:
鉑電阻的純度通常用R100/R0表示。鉑電阻的分度號:Pt10、Pt100、Pt50Pt10—表示鉑電阻在0℃時的電阻值為R0=10Ω
學習查“鉑熱電阻分度表”鉑熱電阻分度表
銅電阻與溫度的關系在-50~+150℃范圍內:在0~100℃范圍內,電阻溫度關系是線性的:
Rt
=R0(1+αt)
式中,α=(4.25~4.28)×10-3/℃,(2)銅熱電阻(Cu)優(yōu)點:R-t關系近似線性;α較大;材料易提純;價格便宜,互換性好。缺點:電阻率較小,為保持一定阻值需要細而長的銅絲,使體積↑熱慣性↑;測溫上限低,因為銅在100℃以上易氧化且抗腐蝕性差。銅電阻的分度號:
Cu50和Cu100特點:電阻溫度系數(shù)大,靈敏度高。測溫范圍是-60~+180℃,主要用于較低溫域。鎳電阻的分度號有Ni100、Ni300和Ni500(3)鎳熱電阻(Ni)熱電阻的主要技術性能
例:用分度號Cu100的銅電阻溫度計測得發(fā)電機冷卻水溫度為56℃,但檢定時確知銅熱電阻的R0=100.8Ω,電阻溫度系數(shù)α’=4.29×10-3/℃,試求冷卻水的實際溫度。解:測溫時顯示儀表按R0=100Ω,
α=4.28×10-3/℃分度的,
Rt=R0(1+αt),故100×(1十0.00428×56)=100.8×(1十0.00429×t)由此求得冷卻水實際溫度t=53.6℃。三、熱電阻的結構
(1)普通熱電阻
(2)鎧裝熱電阻
薄膜型及普通型鉑熱電阻小型鉑熱電阻防爆型鉑熱電阻汽車用水溫傳感器及水溫表銅熱電阻☆熱電阻的接線方法:引出線—由熱電阻體至接線端子的連接導線電橋安裝在儀表室內的,而熱電阻Rt安裝在被測對象中,距儀表室有一定的距離,由于兩根導線電阻Ra及Rb在一個橋臂內,銅導線電阻受溫度影響較大,在熱電阻沒有任何變化時,導線電阻變化會使得平衡電阻RD相應移動,標尺上的讀數(shù)改變。移動滑線電阻RD,檢流計指針指零,表示電橋平衡由于RA/RB一定,故移動RD的電阻值不斷平衡,可通過RD電阻刻度或溫度刻度讀取溫度變化。二線制連接法(惠斯登電橋)導線電阻Ra及Rc分別在相鄰橋臂RA及Rt中,另一導線電阻接到公共輸出端。三線制連接法(卡侖達爾電橋)由于把熱電阻引入橋路的連接導線會隨溫度產(chǎn)生變化,如果把熱電阻的連接導線都接在一個橋臂內,當環(huán)境溫度發(fā)生變化時連接導線電阻的變化值將與熱電阻的變化值相疊加,給儀表帶來較大誤差。采用三線制接法,使兩根連接導線的電阻變化分別加在電橋的兩個臂上,這樣兩根連接導線的電阻變化可以抵消一部分,從而減少對儀表讀數(shù)的影響。(1)兩線制存在引出線電阻隨溫度變化產(chǎn)生的附加誤差;(2)三線制可以消除引出線電阻的影響;工業(yè)上多采用。(3)四線制不僅可消除引出線電阻的影響,還可消除連接導線間接觸電阻及其阻值變化的影響。多用于標準鉑熱電阻的引出線上。熱電阻在使用中的注意事項:為減小環(huán)境溫度對線路電阻的影響,工業(yè)上常采用三線制連接,也可以采用四線制連接。熱電阻引入顯示儀表的線路電阻必須符合規(guī)定值,否則將產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。熱電阻工作電流應小于規(guī)定值,否則因過大電流造成自熱效應,產(chǎn)生附加誤差。熱電阻分度號必須與顯示儀表調校時分度號相向。四、半導體熱敏電阻
(SemiconductorHeat-sensitiveResistance)
工作原理:是利用半導體材料的電阻隨溫度顯著變化這一特性制成的感溫元件。由某些金屬氧化物按一定的配方比例壓制燒結而成。負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻(阻值隨溫度升高而顯著減少)采用MnO2、Mn(NO3)4、CuO、Cu(NO3)2等化合物制造;正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻采用NiO2、ZrO2等化合物制造;臨界溫度(CTR)熱敏電阻當溫度超過某一數(shù)值后,電阻會急劇增加或減少。熱敏熱電阻溫度特性電阻與溫度的關系(非線性的):
T為熱力學溫度;e=2.71828;A、B為常數(shù)。在溫度T0時的電阻值為兩式整理得:[例]已知某半導體熱敏電阻在20℃時的阻值為100Ω,其電阻與溫度斜率為dR/dt=-5.0Ω/K。試求:該熱敏電阻在50℃時的阻值。[提示]利用公式[解]
代入已知數(shù)據(jù),即可求得A和B的值A=0.000043092(Ω);B=4296.8(K)再利用公式求得,RT在50℃(即50+273.15K)時的阻值為25.64Ω。缺點:
1)同一型號的熱敏電阻的電阻溫度特性分散性很大,互換性差;2)電阻溫度關系不穩(wěn)定,隨時間而變,需及時標定。優(yōu)點:1)電阻溫度系數(shù)大,靈敏度高;2)電阻率很大,體積可做的很小,熱慣性小,響應快,可用來測量點的溫度。
3)電阻值很大,連接導線電阻變化的影響可忽略;半導體熱敏電阻的結構圖:
a:珠形熱敏電阻;b:涂敷玻璃的熱敏電阻1:電阻(金屬氧化物燒結體);2:引出線(鉑絲);3:玻璃;4:杜美絲c:帶玻璃保護套管的熱敏電阻1:金屬氧化物燒結體;2:鉑絲;5:玻璃管熱敏電阻的外形、結構及符號a)圓片型熱敏電阻b)柱型熱敏電阻c)珠型熱敏電阻d)鎧裝型e)厚膜型f)圖形符號1—熱敏電阻2—玻璃外殼3—引出線4—紫銅外殼5—傳熱安裝孔
熱敏電阻外形
MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻其他形式的熱敏電阻
玻璃封裝NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻其他形式的熱敏電阻
帶安裝孔的熱敏電阻大功率PTC熱敏電阻其他形式的熱敏電阻(續(xù))
MF58型(珠形)高精度負溫度系數(shù)熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻非標熱敏電阻熱敏電阻溫度面板表
熱敏電阻
熱敏電阻體溫表
熱敏電阻用于CPU的溫度測量
熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制
課外作業(yè):1、某銅電阻在20℃時的阻值R20=16.28Ω,其電阻溫度系數(shù)α0=
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