溫度熱電偶冷端補(bǔ)償與熱電阻

關(guān)于溫度熱電偶冷端補(bǔ)償與熱電阻1第一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二2（1）冰點(diǎn)法

將熱電偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒溫容器中，使冷端的溫度保持在0C不變。此法也稱冰浴法，它消除了t0不等于0C而引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般只適用于實(shí)驗(yàn)室中。在所有的方法中，精度最高。

在冰瓶中，冰水混合物的溫度能較長(zhǎng)時(shí)間地保持在0C不變。第二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二3冰點(diǎn)法接線圖

1-被測(cè)流體管道，2-熱電偶，3-接線盒，4-補(bǔ)償導(dǎo)線，

5-銅質(zhì)導(dǎo)線，6-毫伏表，7-冰瓶，8-冰水混合物，

9-試管（裝有油類或水銀），10-新的冷端第三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二4（2）熱電勢(shì)修正法

將冷端置于已知的恒溫條件，保持t0穩(wěn)定不變，根據(jù)中間溫度定律：

E(t,0)=E(t,t0)+

E(t0,0)

再根據(jù)測(cè)得的熱電勢(shì)E(t,t0)和查到的E(t0,0)之和去查分度表，即可得到被測(cè)的實(shí)際溫度。第四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二5例：現(xiàn)鎳鉻-鎳硅（分度號(hào)為K）熱電偶測(cè)一高溫，輸出電勢(shì)為EAB（T，TN）=33.29mV，已知環(huán)境溫度TN=30℃，求被測(cè)溫度T。解：查表的EAB（30，0）=1.2mV∴EAB（T，0）=EAB（T，30）+EAB（30，0）=33.29+1.203=34.493mV再查分度號(hào)為K的分度表得：T=820℃時(shí)，EAB（820，0）=34.095mVT=830℃時(shí)，EAB（830，0）=34.502mV∴T=820+（34.493-34.095）/（34.502-34.095）*（830-820）=829.7℃熱電勢(shì)修正法舉例另：33.29mV查表對(duì)于800.3℃第五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二6機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法

指針被預(yù)調(diào)到室溫（30C）可補(bǔ)償冷端損失第六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二7（3）冷端補(bǔ)償器法

很多工業(yè)生產(chǎn)過程既沒有保持0℃的條件，也沒有長(zhǎng)期維持參比端恒溫的條件，熱電偶的參比端溫度t0往往是隨時(shí)間和所處的環(huán)境而變化的。在此情況下可以采用冷端補(bǔ)償器來自動(dòng)補(bǔ)償t0的變化。第七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二8（3）冷端補(bǔ)償器法

冷端補(bǔ)償器是一個(gè)不平衡電橋，橋臂R1=R2=R3=1Ω，采用錳銅絲無感繞制，其電阻溫度系數(shù)趨于零。橋臂R4用銅絲無感繞制，其電阻溫度系數(shù)約為4.3×10-3℃-1

當(dāng)溫度為0℃時(shí)R4=1Ω。Rg為限流電阻，配用不同分度號(hào)熱電偶時(shí)Rg作為調(diào)整補(bǔ)償器供電電流之用。橋路供電電壓為直流電，大小為4V。第八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二9（3）冷端補(bǔ)償器法

當(dāng)熱電偶參比端和補(bǔ)償器的溫度t0=0℃時(shí)，補(bǔ)償器橋路四臂電阻R１～R4均為1Ω，電橋處于平衡狀態(tài)，橋路輸出端電壓Uba＝０，指示儀表所測(cè)得的總電勢(shì)為E＝E(t,t0)+Uba=E(t,0)第九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二10（3）冷端補(bǔ)償器法

E＝E(t,t0)+Uba=E(t,0)

當(dāng)t0隨環(huán)境溫度增高時(shí)，R4增大，則a點(diǎn)電位降低，使Uba增加。同時(shí)由于t0增高，E(t,t0)將減小。通過合理設(shè)計(jì)橋路限流電阻Rg，使Uba的增加值恰等于[E(t,0)-E(t,t0)],那么指示儀表所測(cè)得的總電勢(shì)將不隨t0而變，相當(dāng)于熱電偶參比端自動(dòng)處于0℃。

只有在平衡點(diǎn)溫度和計(jì)算點(diǎn)溫度下可以得到完全補(bǔ)償，而在其它各參比端溫度值時(shí)只能得到近似的補(bǔ)償。因此采用冷端補(bǔ)償器作為參比端溫度的處理方法會(huì)帶來一定的附加誤差。我國(guó)工業(yè)用的冷端補(bǔ)償器有兩種參數(shù)：一種是平衡點(diǎn)溫度定為0℃；另一種是定為20℃。它們的計(jì)算點(diǎn)溫度均為40℃。第十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二11

XT-WBC熱電偶冷端補(bǔ)償器注意：與被補(bǔ)償熱電偶對(duì)應(yīng)型號(hào)的補(bǔ)償電橋。（3）冷端補(bǔ)償器法

第十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二12

熱電偶冷端的延長(zhǎng)采用相對(duì)廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線，可延長(zhǎng)熱電偶的冷端，使之遠(yuǎn)離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。

補(bǔ)償導(dǎo)線在0～100C范圍內(nèi)的熱電勢(shì)與配套的熱電偶的熱電勢(shì)相等，所以不影響測(cè)量精度。第十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)（續(xù)）第十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二14補(bǔ)償導(dǎo)線分：Ⅰ型（與所配的熱電極相同的合金）Ⅱ型（與所配的熱電極不同的合金）注：如鎳鉻-考銅的前者（鎳鉻）為“+”（用紅色標(biāo)示），后者考銅為“-”（用白色標(biāo)示）。第十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二15補(bǔ)償導(dǎo)線外形

A’B’屏蔽層保護(hù)層第十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二162.2.6熱電偶實(shí)用測(cè)溫線路一、測(cè)量某點(diǎn)溫度的基本電路只要C的兩端溫度相等就對(duì)測(cè)量精度無影響。冷端在儀表外面（可以在恒溫器中）的線路。如果配用儀表是動(dòng)圈式的，則補(bǔ)償導(dǎo)線電阻應(yīng)盡量小。第十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二17圖2-14多點(diǎn)測(cè)溫線路1—工作端熱電偶；2—工作端補(bǔ)償導(dǎo)線；3—接線板；4—銅導(dǎo)線；

5—切換開關(guān)；6—數(shù)字顯示儀；7—參比端補(bǔ)償導(dǎo)線；8—參比端熱電偶第十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二18mV一、串聯(lián)電路

三個(gè)熱電偶工作在線性區(qū)時(shí)代表著多點(diǎn)溫度之和。任一熱電偶燒壞都可立即知道，且可得到較大的電動(dòng)勢(shì)。

每一熱電偶引出的補(bǔ)償導(dǎo)線必須接到儀表的冷端處。第十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二19二、測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間溫度差的連接電路用兩支同型號(hào)熱電偶配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，使兩熱電動(dòng)勢(shì)相互抵消，因此可測(cè)量溫度差值。注：熱電動(dòng)勢(shì)E必須與溫度T呈線性關(guān)系mV第十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二20mV三、測(cè)量多點(diǎn)之間的平均溫度的電路并聯(lián)電路

三個(gè)熱電偶工作在線性區(qū)時(shí)代表著平均溫度。每個(gè)熱電偶需串聯(lián)較大電阻，且分度與單個(gè)熱電偶一樣。

某一熱電偶?jí)牧瞬灰准皶r(shí)發(fā)現(xiàn)。第二十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二212.3電阻溫度計(jì)本節(jié)重點(diǎn)：（1）熱電阻的測(cè)溫原理（2）熱電阻測(cè)溫的特點(diǎn)2.3.1熱電阻的測(cè)溫原理

利用某些導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)來做成溫度測(cè)量敏感元件，即熱電阻溫度計(jì)或半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)。

大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻值與溫度t(℃)的關(guān)系可表示為：第二十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二22金屬熱電阻稱為熱電阻，半導(dǎo)體熱電阻稱為熱敏電阻。熱電阻廣泛用來測(cè)量-200～850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測(cè)量至1K，高溫達(dá)1000℃。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的精確度高，作為復(fù)現(xiàn)國(guó)際溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。熱電阻也可與溫度變送器連接，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出。金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類熱電阻第二十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二23熱電阻溫度計(jì)的特點(diǎn)（與熱電偶比較）（1）同樣溫度下輸出信號(hào)大，靈敏度高

例如：0℃→100℃，K熱電偶0→4.096mV

S熱電偶0→0.646mV而Pt100鉑電阻100歐→138.51歐（2）測(cè)溫上限低；測(cè)量準(zhǔn)確度高

熱電阻在-200~650℃的測(cè)量范圍內(nèi)使用；在低溫區(qū)，熱電偶熱電特性非線性大，輸出電勢(shì)小，抗干擾能力較小，測(cè)量誤差大。熱電阻的線性度、復(fù)現(xiàn)性及穩(wěn)定性均較好，故在測(cè)溫范圍≤630℃，測(cè)溫學(xué)上把鉑電阻溫度計(jì)選定為基準(zhǔn)溫度計(jì)。第二十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二24（3）熱電阻感溫體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，熱慣性大，不適宜測(cè)體積狹小和溫度變化快的溫度，抗沖擊和振動(dòng)性能也差。（4）熱電阻的測(cè)量必須借助于外加電源

通常采用電橋?qū)㈦娮柚缔D(zhuǎn)換成電壓輸出，而熱電偶可直接輸出；熱電偶需自由端溫度補(bǔ)償，熱電阻不需，其起始電阻R0

是利用電橋平衡原理自動(dòng)消去。第二十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二25

熱電阻溫度傳感器材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)（1）電阻溫度系數(shù)α盡可能大且穩(wěn)定，有利于提高傳感器的靈敏度和準(zhǔn)確度；電阻溫度系數(shù)α：表征金屬熱電阻阻值隨溫度的變化大小，其定義式為：α=（R100-R0）/100R0（2）電阻率盡可能大，有利于減小傳感器的體積和熱慣性；（3）在規(guī)定的使用溫度范圍內(nèi)，其物理與化學(xué)性能要穩(wěn)定；（4）材料的復(fù)現(xiàn)性好，價(jià)格便宜。第二十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二26常用熱電阻

用于制造熱電阻的材料應(yīng)具有盡可能大和穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)和電阻率，R-t關(guān)系最好成線性，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好等。目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。(1)鉑熱電阻鉑熱電阻的特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。按IEC標(biāo)準(zhǔn)，鉑熱電阻的使用溫度范圍為-200～850℃。

第二十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二27在0～850℃的溫度范圍內(nèi)Rt=R0(1+At+Bt2)式中：Rt和R0——鉑熱電阻分別在t℃和0℃時(shí)的電阻值；

A、B和C——常數(shù)。在ITS—90中，這些常數(shù)規(guī)定為

A=3.96847×10-3/℃

B=-5.847×10-7/℃2

C=-4.22×10-12/℃4

第二十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二28熱電阻在溫度t時(shí)的電阻值與0℃時(shí)的電阻值R0有關(guān)。R0=50,100,300Ω三種分別為Pt50、Pt100、Pt300

Rt-t的關(guān)系表稱為分度表鉑熱電阻中的鉑絲純度用電阻比W（100）表示，即式中：R100——鉑熱電阻在100℃時(shí)的電阻值；

R0——鉑熱電阻在0℃時(shí)的電阻值。電阻比W（100）越大，其純度越高。按IEC標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)使用的鉑熱電阻的W100≥1.3851。目前技術(shù)水平可達(dá)到W（100）=1.3930，其對(duì)應(yīng)鉑的純度為99.9995%。第二十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二29我國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T8622規(guī)定的工業(yè)用鉑電阻允差：A級(jí)：±(0.15+0.002∣t∣)℃B級(jí)：±(0.3+0.005∣t∣)℃

∣t∣為溫度的絕對(duì)值，℃換算成0℃時(shí)電阻誤差：A級(jí)：±0.06%R0B級(jí)：±0.12%R0溫度誤差與阻值誤差的關(guān)系，以Pt100為例(R0=100Ω）靈敏度大約0.385Ω/℃0.3℃*0.385Ω/℃=0.115Ω=0.12Ω0.12/100=0.12%第二十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二30(2)銅熱電阻由于鉑是貴重金屬，因此，在一些測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合，可采用銅熱電阻進(jìn)行測(cè)溫，它的測(cè)量范圍為-50～150℃。銅熱電阻在測(cè)量范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系可近似地表示為

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)

。銅熱電阻有兩種分度號(hào)，分別為Cu50和Cu100。銅熱電阻線性好，價(jià)格便宜，但它測(cè)量范圍窄，易氧化，不適宜在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。第三十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二312.3.2熱電阻的結(jié)構(gòu)熱電阻結(jié)構(gòu)直徑1mm的銀絲或鍍銀銅絲云母、石英或陶瓷塑料雙線無感繞法外接線路相連電阻絲和電阻支架測(cè)量電路：經(jīng)常采用電橋電路第三十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二32圖內(nèi)部引線方式連接方式：引線方式有二線制、三線制和四線制三種二線制中引線電阻對(duì)測(cè)量影響大，用于測(cè)溫精度不高的場(chǎng)合三線制可以減小熱電阻與測(cè)量?jī)x表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測(cè)量誤差。四線制可以完全消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響，用于高精度溫度檢測(cè)。第三十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二33圖熱電阻傳感器熱電阻傳感器由熱電阻、連接導(dǎo)線及顯示儀表組成，如下圖所示。第三十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二342.3.3特殊熱電阻鎧裝熱電阻薄膜鉑電阻厚膜鉑電阻熱敏電阻第三十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二35鎧裝熱電阻它是將熱電阻裝入有內(nèi)引線的金屬套管內(nèi)，并用氧化鎂填實(shí)、焊封而成的堅(jiān)實(shí)整體。外徑尺寸小，響應(yīng)速度快，抗振，可撓。第三十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二36薄膜鉑熱電阻它以激光噴鍍，顯微照相和平版印刷光刻技術(shù)對(duì)電阻值以數(shù)字修整方式作出微調(diào)，因而能提供最精確的電阻值。1、阻值：PT20、PT50、PT100、PT200、PT500、PT10002、級(jí)別：A級(jí)，B級(jí)，1/3B級(jí)，1/10B級(jí)3、溫度范圍：-50-600℃4、芯片尺寸：2*2.3*1.3mm(寬×長(zhǎng)×厚)5、引線材料：純鉑金第三十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二37厚膜鉑電阻RDH系列厚膜鉑電阻pt100/PT1000適用于-50℃～+200℃。

特點(diǎn)成本低：采用鉑漿料，運(yùn)用微電子厚膜工藝，經(jīng)絲網(wǎng)印刷－－高溫?zé)Y(jié)－－激光調(diào)阻－－成品檢測(cè)等工序制作厚膜鉑電阻元件。新工藝減少了