熱電阻接入電路兩線制和三線制接線法

1.10熱電阻接入電路兩線制和三線制接線法的分析熱電阻接入電路兩線制三線制接線法熱電阻接入電路兩線制三線制接線法分析兩線制由于引線電阻的誤差1-12中，r為引線的電阻，RtPt電阻，其中由歐姆定律可得：R=R時〔電橋平衡〕，V=-I2r。r t 0 2V0的表達(dá)式可以看出，引線電阻的影響格外明顯，兩線制接線法的誤差很大。分析三線制如何消退引線電阻的誤差1-13所示，由歐姆定律可得：R=R時，電橋平衡，I=I，V=0。r t 1 2 0可見三線制接線法可很好的消退引線電阻，提高熱電阻的精度。工業(yè)用熱電阻溫度計的使用留意事項熱電阻溫度計是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)來測量溫度的，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛用來測量(-100～500)℃范圍的溫度，其主要特點是測溫準(zhǔn)確度高，便于自動測量。由于熱電偶在低溫范圍中產(chǎn)生的熱電勢小，因而對測量儀表要求嚴(yán)格，而承受熱電阻溫度計測量低溫是很適宜的。熱電阻溫度計按構(gòu)造形式可分為一般工業(yè)型、鎧裝型及特別型等。常用的一般工業(yè)型熱電阻主要有:鉑熱電阻:廣泛用來測量(-200～850)℃范圍內(nèi)的溫度。在少數(shù)狀況下，低溫可測至1K，高溫可測至1000℃。其物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好，但價格昂貴。鉑熱電阻與溫度是近似線性關(guān)系。其分度號主要有Pt10Pt100。銅熱電阻:廣泛用來測量(-50～150)℃范圍內(nèi)的溫度。其優(yōu)點是高純銅絲簡潔獲得，價格廉價，互換性好，但易于氧化。銅Cu50Cu100。鎧裝熱電阻是在鎧裝熱電偶的根底上進(jìn)展來的，由熱電阻、絕緣材料和金屬套管三者組合加工而成，其特點是外形尺寸可以做得很小(最小直徑可達(dá)20毫米)，因而反響速度快，有良好的機械性能，耐振耐沖擊，具有良好的撓性，且不易受有害介質(zhì)的侵蝕。使用熱電阻前必需檢查它的好環(huán)，簡易的檢查方法是將熱電阻從保護管中抽出，用萬用表測量其電阻。假設(shè)萬用表讀數(shù)為“0“或者萬用表讀數(shù)小于R值，則該熱電阻已短路，必需找出短路處進(jìn)展修復(fù)；假設(shè)萬用表讀數(shù)為“∞“，則該熱電阻已斷路，不能使用；0假設(shè)萬用表讀數(shù)比R的阻值偏高一些，說明該熱電阻是正常的。0熱電阻的阻值不正確時，應(yīng)從下部端點穿插處增減電阻絲，而不應(yīng)從其它處調(diào)整。完全調(diào)好后應(yīng)將電阻絲排列整齊，不能碰接，仍按原樣包扎好。經(jīng)修復(fù)的熱電阻，必需經(jīng)過檢定合格前方可使用。熱電阻安裝時，其插入深度不小于熱電阻保護管外徑的8倍～10倍，盡可能使熱電阻受熱局部增長。熱電阻盡可能垂直安裝，以防在高溫下彎曲變形。熱電阻在使用中為了減小輻射熱和熱傳導(dǎo)所產(chǎn)生的誤差，應(yīng)盡量使保護套管外表和被測介質(zhì)溫度接近，減小熱電阻保護套管的黑色系數(shù)。當(dāng)用與熱電阻相配的二次儀表測量溫度時，熱電阻安置在被測溫度的現(xiàn)場，而二次儀表則放置在操作室內(nèi)。假設(shè)用不平衡電橋來測量，那么連接熱電阻的導(dǎo)線都分布在橋路的一個臂上。由于熱電阻與儀表之間一般都有一段較長的距離，因此兩根連接導(dǎo)線的電阻隨溫度的變化，將同熱電阻阻值的變化一起加在不平衡電橋的一個臂上，使測量產(chǎn)生較大的誤差。為減小這一誤差，一般在測溫?zé)犭娮枧c儀表連接時，承受三線制接法(圖1)，即從熱電阻引出三根導(dǎo)線，將連接熱電阻的兩根導(dǎo)線正好分別處于相鄰的兩個橋臂內(nèi)(圖2)。當(dāng)環(huán)境溫度變化而使導(dǎo)線電阻值轉(zhuǎn)變時，其產(chǎn)生的作用正好相互抵消，使橋路輸出的不平衡電壓不會因之而轉(zhuǎn)變R11熱電阻的三線制2熱電阻的三線制接法第四節(jié)熱阻式測溫方法本節(jié)概述熱阻式測溫是依據(jù)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電信號，從而到達(dá)測溫的目的。用于制造熱電阻的材料，電阻率、電阻溫度系數(shù)要大，熱容量、熱慣性要小，電阻與溫度的關(guān)系最好近于線性。另外，材料的物理、化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好，易提純，同時價格盡可能廉價。熱電阻測溫的優(yōu)點是信號靈敏度高，易于連續(xù)測量，可以遠(yuǎn)傳〔與熱電偶相比〕，無需參比溫度；金屬熱電阻穩(wěn)定性高，互換性好，精度高，可以用作基準(zhǔn)儀表。熱電阻主要缺點是需要電源鼓勵，有自熱現(xiàn)象〔會影響測量精度〕，測量溫度不能太高。常用熱電阻主要有鉑電阻、銅電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻。一、鉑電阻測溫1．概述鉑電阻的電阻率較大，電阻一溫度關(guān)系呈非線性，但測溫范圍廣，精度高，且材料易提純，復(fù)現(xiàn)性好；在氧化性介質(zhì)中，甚至高溫下，其物理、化學(xué)性質(zhì)都很穩(wěn)定。國際ITS-90規(guī)定，在-259．35～961．78℃溫度范圍內(nèi)，以鉑電阻溫度計作為基準(zhǔn)溫度儀器。鉑的純度用百度電阻比W 表示。它是鉑電阻在100℃時電阻值R 與0℃時電阻值R0之比即W ＝R ／R100 100 100 100。W0

越大，其純度越高。目前技術(shù)已到達(dá)W

＝1．393099．9995％。國際ITS-90規(guī)定，作100為標(biāo)準(zhǔn)儀器的鉑電阻的W 應(yīng)大于l．3925。一般工業(yè)用鉑電阻的W 應(yīng)大于1．3850。100 100目前工業(yè)用鉑電阻分度號為Pt100和Pt10Pt100Pt10600℃以上的測溫。鉑電阻測溫范圍通常最大為-200～850℃。在550℃以上高溫〔真空和復(fù)原氣氛將導(dǎo)致電阻值快速漂移〕只適合在氧化氣氛中使用。鉑電阻與溫度的關(guān)系為當(dāng)-200℃<t<0℃時〔6-6〕0式中，Ｒ為溫度為零時鉑熱電阻的電阻值〔Ptl00100Ω，Pt1010Ω〕；0R〔t〕為溫度為t時鉑熱電阻的電阻值；A、B、C為系數(shù)，A＝3．90802×10-3℃-1；B＝5．8019×10-7℃-2；C＝4．27350×10-12℃-4。據(jù)公式〔6-6〕制成的工業(yè)鉑熱電阻分度表見附錄11-11-2。2．熱電阻的構(gòu)造6-3所示。圖6-3 工業(yè)熱電阻的根本構(gòu)造1-電阻絲；2-保護管；3-安裝固定件；4-接線盒熱電阻主要由感溫元件、內(nèi)引線、保護管三局部組成。通常還具有與外部測量及掌握裝置、機械裝置連接的部件。它的外形與熱電偶相像，使用時要留意避開用錯。熱電阻感溫元件是用來感受溫度變化的電阻器，它是熱電阻的核心局部，由電阻絲及絕緣骨架構(gòu)成。作為熱電阻絲的材料應(yīng)具備如下條件：①電阻溫度系數(shù)大，線性好，性能穩(wěn)定；②使用溫度范圍廣，加工便利；③固有電阻大，互換性好，復(fù)制性強。能夠滿足上述要求的絲材，最好是純鉑絲。我國純鉑絲品種及應(yīng)用范圍如表6～4所示。表6-4 純鉑絲品種及應(yīng)用絕緣骨架是用來纏繞、支承或固定熱電阻絲的支架。它的質(zhì)量將直接影響電阻的性能。因此，作為骨架材料應(yīng)滿足如下要求：①在使用溫度范圍內(nèi)，電絕緣性能好；②熱膨脹系數(shù)要與熱電阻相近；③物理及化學(xué)性能穩(wěn)定，不產(chǎn)生有害物質(zhì)污染熱電阻絲；④足夠的機械強度及良好的加工性能；⑤比熱容小，熱導(dǎo)率大。目前常用的骨架材料有云母、玻璃、石英、陶瓷等。用不同骨架可制成多種熱電阻感溫元件。承受云母骨架的感溫元件特點是：抗機械振動性能強，響應(yīng)快。很久以來多用云母做骨架。但是，由于云母是自然物質(zhì)，其質(zhì)量不穩(wěn)定，即使是優(yōu)質(zhì)云母，在600℃以上也要放出結(jié)晶水并產(chǎn)生變形。所以，承受云母骨架的感溫元件使用溫度宜在500℃以下。因其電阻絲并非完全固定，故受熱后引起電阻變化小，電阻性能比較穩(wěn)定，但體積較大，不適宜在狹小場所進(jìn)展測量，并且響應(yīng)時間較長。承受玻璃骨架的感溫元件特點是：體積小，響應(yīng)快，抗振性強。因鉑絲已固定在玻璃骨架上，故在使用中不產(chǎn)生變形，因此，必需選取與電阻絲具有一樣膨脹系數(shù)的玻璃作骨架，否則，當(dāng)溫度變化時引起膨脹或收縮，就會轉(zhuǎn)變熱電阻的性能。其構(gòu)造如圖6—3所示。感溫元件較通用的尺寸是外徑為1～4mm，長度為10～40mm。這種玻璃骨架的軟化點4504004K仍舊可用。承受陶瓷骨架的感溫元件特點是：體積小，響應(yīng)快，絕緣性能好。使用溫度上限可達(dá)960℃。陶瓷骨架的缺點是機械強度差，不易加工。3．熱電阻的引線形式內(nèi)引線是熱電阻出廠時自身具備的引線，其功能是使感溫元件能與外部測量及掌握裝置相連接。內(nèi)引線通常位于保護管內(nèi)。因保護管內(nèi)溫度梯度大，作為內(nèi)引線要選用純度高且不產(chǎn)生熱電動勢的材料。對于工業(yè)鉑熱電阻而言，中低溫用銀絲作引線，高溫用鎳絲。這樣，既可降低本錢，又能提高感溫元件的引線強度。對于銅和鎳熱電阻的內(nèi)引線，一般都用銅、鎳絲。為了削減引線電阻的影響，內(nèi)引線直徑通常比熱電阻絲的直徑大很多。熱電阻的外引線有兩線制、三線制及四線制三種，如圖6-4所示。①兩線制如圖6-4〔a〕所示，在熱電阻感溫元件的兩端各連一根導(dǎo)線的引線形式為兩線制熱電阻。這種兩線制熱電阻配線簡潔，安裝費用低，但要帶進(jìn)引線電阻的附加誤差。因此，不適用于高精度測溫場合使用。并且在使用時引線及導(dǎo)線都不宜過長。承受兩線制的測溫電橋如圖6-5所示，〔a〕為接線示意圖，〔b〕為等效原理圖。從圖中可以看出熱電阻兩引RW

和熱電阻RW一起構(gòu)成電橋測量臂，這樣引線電阻RW

因沿線環(huán)境溫度轉(zhuǎn)變引起的阻值變化量2R△W△

和因被△測溫度變化引起熱電阻R的增量值R一起成為有效信號被轉(zhuǎn)換成測量信號，從而影響溫度測量精度?！鱰 t圖6-4 感溫?zé)o件的引線形式-接線端子；Ｒ-感溫元件；Ａ、Ｂ-接線端子的標(biāo)號〔a〕示意圖 〔b〕等效原理圖圖6-5 兩線制熱電阻測量電橋②三線制如圖6-4〔b〕所示，在熱電阻感溫元件的一端連接兩根引線，另一端連接一根引線，此種引線形式稱為三線制熱電6-6所示測量電橋，可以消退內(nèi)引線電阻的影響，測量精度高于兩線制。目前三線制在工業(yè)檢測中應(yīng)用最廣。而且，在測溫范圍窄或?qū)Ь€長，導(dǎo)線途中溫度易發(fā)生變化的場合必需考慮承受三線制熱電阻。③四線制如圖6-4〔c〕所示，在熱電阻感溫元件的兩端各連兩根引線，此種引線形式稱為四線制熱電阻。在高精度測量時，6-7所示四線制測溫電橋。此種引線方式不僅可以消退內(nèi)引線電阻的影響，而且在連接導(dǎo)線阻值一樣時，可消退該電阻的影響，還可以通過CPU定時掌握繼電器的一對觸點CD的通斷，轉(zhuǎn)變測量熱電阻中的電流方向，消退測量過程中的寄生電勢影響。〔a〕示意圖 〔b〕等效原理圖圖6-6 三線制熱電阻測量電橋〔a〕示意圖 〔b〕等效原理圖圖6-7 四線制熱電阻測量電橋另外，為保護感溫元件、內(nèi)引線免受環(huán)境的有害影響，熱電阻外面往往裝有可拆卸式或不行拆卸式的保護管。保護管的材質(zhì)有金屬、非金屬等多種材料，可依據(jù)具體使用特點選用適宜的保護管。二、銅電阻和熱敏電阻測溫１．銅電阻銅電阻的電阻值與溫度的關(guān)系幾乎呈線性，其材料易提純，價格低廉；但因其電阻率較低〔僅為鉑的1／2左右〕250℃以上溫度本身易于氧化，故通常工業(yè)用銅熱電阻〔分度號分別為Cu50和Cu100〕一般工作溫度范圍為－40～120℃。其電阻值與溫度的關(guān)系為0當(dāng)－50℃≤t≤150℃時，R〔t〕＝R〔1+At+Bt2+Ct3〕 〔6-7〕0R為溫度為零時銅熱電阻的電阻值〔Cu100100Q，Cu5050Q〕；R〔t〕t時銅熱電阻的0電阻值；A，B，C為系數(shù)。A＝4.28899×10-3℃-1；B＝－2.133×10-7℃-2；C＝1.233×10-9℃-3。依據(jù)公式〔6-6〕制成的工業(yè)用銅熱電阻分度表見附表1-3和附表1-4。２．半導(dǎo)體熱敏電阻-50～350℃且測溫要求不高的場合，承受半導(dǎo)體熱敏元件作溫度傳感器。大量用于各種溫度測量、溫度補償及要求不高的溫度掌握?！?〕熱敏電阻的優(yōu)點熱敏電阻和熱電阻、熱電偶及其他接觸式感溫元件相比具有以下優(yōu)點：1～2個數(shù)量級；由于靈敏度高，可大大降低后面調(diào)理電路的要求；②標(biāo)稱電阻有幾歐到十幾兆歐之間的不同型號和規(guī)格，因而不僅能很好地與各種電路匹配，而且遠(yuǎn)距離測量時幾乎無需考慮連線電阻的影響；③體積小〔0.1～0.2mm〕，可用來測量“點溫”；④熱慣性小，響應(yīng)速度快，適用于快速變化的測量場合；⑤構(gòu)造簡潔、結(jié)實，能承受較大的沖擊、振動，承受玻璃、陶瓷等材料密封包裝后，可應(yīng)用于有腐蝕性氣氛的惡劣環(huán)境；⑥資源豐富，制作簡潔，可便利地制成各種外形〔如圖6-8所示〕，易于大批量生產(chǎn)，本錢和價格格外低廉。圖6-8 熱敏電阻的構(gòu)造形式〔2〕熱敏電阻的主要缺點：①阻值與溫度的關(guān)系為非線性；②元件的全都性差，互換性差；③元件易老化，穩(wěn)定性較差；④除特別高溫?zé)崦綦娮柰?，絕大多數(shù)熱敏電阻僅適合0.150℃范圍的溫度測量，使用時必需留意。我是從事熱電偶的我是從事熱電偶的熱電偶都是兩線制的熱電阻三線制的可以接目前熱電