溫度熱電偶冷端補償與熱電阻

關(guān)于溫度熱電偶冷端補償與熱電阻1第1頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2（1）冰點法

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驗室中。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時間地保持在0C不變。第2頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3冰點法接線圖

1-被測流體管道，2-熱電偶，3-接線盒，4-補償導(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3頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月4（2）熱電勢修正法

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)測得的熱電勢E(t,t0)和查到的E(t0,0)之和去查分度表，即可得到被測的實際溫度。第4頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月5例：現(xiàn)鎳鉻-鎳硅（分度號為K）熱電偶測一高溫，輸出電勢為EAB（T，TN）=33.29mV，已知環(huán)境溫度TN=30℃，求被測溫度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再查分度號為K的分度表得：T=820℃時，EAB（820，0）=34.095mVT=830℃時，EAB（830，0）=34.502mV∴T=820+（34.493-34.095）/（34.502-34.095）*（830-820）=829.7℃熱電勢修正法舉例另：33.29mV查表對于800.3℃第5頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月6機械零點調(diào)整法

指針被預(yù)調(diào)到室溫（30C）可補償冷端損失第6頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月7（3）冷端補償器法

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往往是隨時間和所處的環(huán)境而變化的。在此情況下可以采用冷端補償器來自動補償t0的變化。第7頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月8（3）冷端補償器法

冷端補償器是一個不平衡電橋，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R4=1Ω。Rg為限流電阻，配用不同分度號熱電偶時Rg作為調(diào)整補償器供電電流之用。橋路供電電壓為直流電，大小為4V。第8頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月9（3）冷端補償器法

當(dāng)熱電偶參比端和補償器的溫度t0=0℃時，補償器橋路四臂電阻R１～R4均為1Ω，電橋處于平衡狀態(tài)，橋路輸出端電壓Uba＝０，指示儀表所測得的總電勢為E＝E(t,t0)+Uba=E(t,0)第9頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月10（3）冷端補償器法

E＝E(t,t0)+Uba=E(t,0)

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

只有在平衡點溫度和計算點溫度下可以得到完全補償，而在其它各參比端溫度值時只能得到近似的補償。因此采用冷端補償器作為參比端溫度的處理方法會帶來一定的附加誤差。我國工業(yè)用的冷端補償器有兩種參數(shù)：一種是平衡點溫度定為0℃；另一種是定為20℃。它們的計算點溫度均為40℃。第10頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月11

XT-WBC熱電偶冷端補償器注意：與被補償熱電偶對應(yīng)型號的補償電橋。（3）冷端補償器法

第11頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月12

熱電偶冷端的延長采用相對廉價的補償導(dǎo)線，可延長熱電偶的冷端，使之遠離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。

補償導(dǎo)線在0～100C范圍內(nèi)的熱電勢與配套的熱電偶的熱電勢相等，所以不影響測量精度。第12頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月補償導(dǎo)線型號（續(xù)）第13頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月14補償導(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14頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月15補償導(dǎo)線外形

A’B’屏蔽層保護層第15頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月162.2.6熱電偶實用測溫線路一、測量某點溫度的基本電路只要C的兩端溫度相等就對測量精度無影響。冷端在儀表外面（可以在恒溫器中）的線路。如果配用儀表是動圈式的，則補償導(dǎo)線電阻應(yīng)盡量小。第16頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月17圖2-14多點測溫線路1—工作端熱電偶；2—工作端補償導(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—參比端補償導(dǎo)線；8—參比端熱電偶第17頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月18mV一、串聯(lián)電路

三個熱電偶工作在線性區(qū)時代表著多點溫度之和。任一熱電偶燒壞都可立即知道，且可得到較大的電動勢。

每一熱電偶引出的補償導(dǎo)線必須接到儀表的冷端處。第18頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月19二、測量兩點之間溫度差的連接電路用兩支同型號熱電偶配用相同的補償導(dǎo)線，使兩熱電動勢相互抵消，因此可測量溫度差值。注：熱電動勢E必須與溫度T呈線性關(guān)系mV第19頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月20mV三、測量多點之間的平均溫度的電路并聯(lián)電路

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

某一熱電偶壞了不易及時發(fā)現(xiàn)。第20頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月212.3電阻溫度計本節(jié)重點：（1）熱電阻的測溫原理（2）熱電阻測溫的特點2.3.1熱電阻的測溫原理

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)來做成溫度測量敏感元件，即熱電阻溫度計或半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計。

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21頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月22金屬熱電阻稱為熱電阻，半導(dǎo)體熱電阻稱為熱敏電阻。熱電阻廣泛用來測量-200～850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測量至1K，高溫達1000℃。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計的精確度高，作為復(fù)現(xiàn)國際溫標(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)電流信號輸出。金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類熱電阻第22頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月23熱電阻溫度計的特點（與熱電偶比較）（1）同樣溫度下輸出信號大，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）測溫上限低；測量準(zhǔn)確度高

熱電阻在-200~650℃的測量范圍內(nèi)使用；在低溫區(qū)，熱電偶熱電特性非線性大，輸出電勢小，抗干擾能力較小，測量誤差大。熱電阻的線性度、復(fù)現(xiàn)性及穩(wěn)定性均較好，故在測溫范圍≤630℃，測溫學(xué)上把鉑電阻溫度計選定為基準(zhǔn)溫度計。第23頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月24（3）熱電阻感溫體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，熱慣性大，不適宜測體積狹小和溫度變化快的溫度，抗沖擊和振動性能也差。（4）熱電阻的測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償，熱電阻不需，其起始電阻R0

是利用電橋平衡原理自動消去。第24頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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，價格便宜。第25頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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26頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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27頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月28熱電阻在溫度t時的電阻值與0℃時的電阻值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℃時的電阻值；

R0——鉑熱電阻在0℃時的電阻值。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)水平可達到W（100）=1.3930，其對應(yīng)鉑的純度為99.9995%。第28頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月29我國機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T8622規(guī)定的工業(yè)用鉑電阻允差：A級：±(0.15+0.002∣t∣)℃B級：±(0.3+0.005∣t∣)℃

∣t∣為溫度的絕對值，℃換算成0℃時電阻誤差：A級：±0.06%R0B級：±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29頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月30(2)銅熱電阻由于鉑是貴重金屬，因此，在一些測量精度要求不高且溫度較低的場合，可采用銅熱電阻進行測溫，它的測量范圍為-50～150℃。銅熱電阻在測量范圍內(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，分別為Cu50和Cu100。銅熱電阻線性好，價格便宜，但它測量范圍窄，易氧化，不適宜在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。第30頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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量電路：經(jīng)常采用電橋電路第31頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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測量影響大，用于測溫精度不高的場合三線制可以減小熱電阻與測量儀表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測量誤差。四線制可以完全消除引線電阻對測量的影響，用于高精度溫度檢測。第32頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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33頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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34頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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、焊封而成的堅實整體。外徑尺寸小，響應(yīng)速度快，抗振，可撓。第35頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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、級別：A級，B級，1/3B級，1/10B級3、溫度范圍：-50-600℃4、芯片尺寸：2*2.3*1.3mm(寬×長×厚)5、引線材料：純鉑金第36頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月37厚膜鉑電阻RDH系列厚膜鉑電阻pt100/PT1000適用于-50℃～+200℃。

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