熱電阻和熱電偶的分類和基本概念點(diǎn)擊次數(shù): 76發(fā)表時(shí)間: 2009-11-19 19:06:48

一、溫度測量的基本概念

溫度是表示物體冷熱程度的物理量。 溫度只能通過隨溫度變化的物體特性間接測量，測量物體溫度值的比例稱為溫度比例。 規(guī)定溫度讀取開始點(diǎn)(零點(diǎn))和測量溫度的基本單位。 現(xiàn)在國際上常用的溫度標(biāo)準(zhǔn)是華氏、攝氏、熱力學(xué)溫度標(biāo)準(zhǔn)和國際實(shí)用溫度標(biāo)準(zhǔn)。

華氏溫度標(biāo)準(zhǔn)( oF )在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)分為32度，水的沸點(diǎn)分為212度，中間分為180等分，苐yi次規(guī)定為新聞氏1度，符號為off。

攝氏溫度(℃)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)分為0度，水的沸點(diǎn)分為100度，中間分為100等分，第1分為報(bào)紙氏1度，符號規(guī)定為℃。

熱力學(xué)溫度坐標(biāo)也稱為開爾文溫度坐標(biāo)，或者也稱為溫度坐標(biāo)，將分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度規(guī)定為零度，將記號規(guī)定為k。 國際實(shí)用溫度標(biāo)準(zhǔn)是國際協(xié)議性溫度標(biāo)準(zhǔn)，接近熱力學(xué)溫度標(biāo)準(zhǔn)，再現(xiàn)精度高，使用方便。 目前，國際共同的溫度標(biāo)準(zhǔn)是國際溫度標(biāo)準(zhǔn)ITS-90。 國際溫度標(biāo)準(zhǔn)( ITS-90 )介紹如下。

溫度單位熱力學(xué)溫度(符號t )是基本功能的物理量，其單位為開爾文(符號k )，定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的1/273.16。 在以往的溫度基準(zhǔn)的定義中，使用與273.15K (冰點(diǎn)以下)之間的差來表現(xiàn)溫度，因此現(xiàn)在該方法還存在。 根據(jù)定義，攝氏的大小和開爾文一樣，溫度差也可以用攝氏和開爾文來表示。 國際溫度標(biāo)準(zhǔn)ITS-90定義了國際開爾文溫度(符號T90 )和國際攝氏溫度(符號T90 )的國際溫度標(biāo)準(zhǔn)ITS-90的通則ITS-90從0.65K向普朗克輻射法則通過單色輻射實(shí)際可測定的zui高溫度。 ITS-90被設(shè)定為，在整個(gè)范圍內(nèi)，任何溫度的T90值都非常接近采用溫度坐標(biāo)時(shí)t的zui佳推定值，與直接測定熱力學(xué)溫度相比，T90的測定非常方便，且具有精密、高的再現(xiàn)性。 ITS-90的定義*溫度區(qū)域在0.65K到5.00K之間，T90由3He和4hh的蒸氣壓和溫度的關(guān)系式定義。 第二溫區(qū)在3.0K到氖三相點(diǎn)( 24.5661K )之間的T90由氦氣溫度計(jì)定義。 第三溫區(qū)從平衡氫三相點(diǎn)( 13.8033K )到銀的凝固點(diǎn)( 961.78℃)之間，T90由鉑電阻溫度計(jì)定義。

二、溫度測量儀器的分類

溫度測量儀器根據(jù)測溫方式大致分為接觸式和非接觸式。 接觸式測溫計(jì)的測溫計(jì)較簡單、可靠、測量精度高，但測溫元件和被測介質(zhì)需要充分的熱交換，達(dá)到熱平衡需要時(shí)間，因此在存在測溫延遲現(xiàn)象的同時(shí)，受高溫材料的限制，不能應(yīng)用于高溫測量。 非接觸式儀表測溫是以熱輻射的原理來測量溫度的，測溫元件不需要與被測介質(zhì)接觸，測溫范圍廣，沒有測溫上限的限制，沒有破壞被測物體的溫度場，反應(yīng)速度一般也較快，但受物體發(fā)射率、測距、煙塵、水分等外在因素的影響，測量誤差較大。

三、熱電偶和熱電阻

接觸式溫度測量儀的熱電偶和熱阻是工業(yè)上常用于zui的溫度檢測元件。

(1)熱電偶

1、熱電偶的特點(diǎn)是

測量精度高。 由于熱電偶直接與被測對象接觸，因此不受中間介質(zhì)的影響。 測量范圍廣。 通常的熱電偶可以從-50~+1600℃連續(xù)測量，特定的特殊熱電偶zui可以測量到-269℃(例如鐵鎳鉻合金)，zui可以測量到+2800℃(例如鎢-錸)。 結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。 熱電偶通常由兩種不同的電線組成，且不受大小和開頭限制，外面有保護(hù)套，使用方便。 2 .熱電偶的測量原理

熱電偶是將溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電勢信號的感溫元件，通過電氣測量儀的組合，可以測量所測量的溫度。 熱電偶測溫的基本原理是熱電效應(yīng)。 在由兩種不同材料的導(dǎo)體a和b構(gòu)成的閉合電路中，當(dāng)a和b兩個(gè)接點(diǎn)處于不同的溫度t和To時(shí)，在電路中產(chǎn)生熱電勢。 這就是塞貝克效應(yīng)。 導(dǎo)體a和b稱為熱電極。 溫度高的一端( T >； 稱為工件(通常焊接)溫度低的一端( To >； 我們稱之為自由端，選擇。 根據(jù)熱電勢與溫度函數(shù)的關(guān)系。 可以創(chuàng)建熱電偶索引表。 索引表是在自由端溫度To=00C的條件下得到的。 不同的熱電偶有不同的刻度表。 在熱電偶電路中插入第三金屬材料的情況下，如果該材料的兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同，則熱電偶產(chǎn)生的熱電勢不變化，即不受第三金屬訪問電路的影響。 因此，測溫?zé)犭娕紩r(shí)，如果訪問測量儀器，測量熱電勢，則可以知道被測量介質(zhì)的溫度。

3 .熱電偶的種類和結(jié)構(gòu)形成

(1)熱電偶的種類

常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩類。 標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)尺度的熱電偶，有與其配套的顯示器。 未標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶不及使用范圍或數(shù)量級標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的標(biāo)度表，主要用于特殊情況下的測量。

(2)熱電偶的材料

理論上，任何兩種導(dǎo)體都可以制造熱電偶，但實(shí)際上并非所有材料都能制造熱電偶，因此熱電極材料必須滿足以下要求

熱電偶材料受到溫度作用會(huì)產(chǎn)生較高的熱電勢，熱電勢與溫度的關(guān)系zui優(yōu)選呈線性或近似線性的一值函數(shù)關(guān)系，測量出較高的溫度，可在較寬的溫度范圍內(nèi)應(yīng)用，長期使用后，物理、化學(xué)性能及熱電特性穩(wěn)定材料的電阻溫度系數(shù)較小， 電阻率高，導(dǎo)電性能好，要求熱容量小重現(xiàn)性好，易于大量生產(chǎn)和更換，易于制定統(tǒng)一分度表，機(jī)械性能好，材質(zhì)均勻，資源豐富，價(jià)格低廉。 (3)為了保證熱電偶可靠且穩(wěn)定地工作，熱電偶結(jié)構(gòu)中①構(gòu)成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固②兩個(gè)熱電極相互絕緣，必須防止短路③補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接必須簡單可靠④保護(hù)

4 .熱電偶的分度代號

標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶是按照IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的。 熱電偶的分度代號主要有s、r、b、n、k、e、j、t等幾種。 其中，s、r、b屬于貴金屬熱電偶，n、k、e、j、t屬于賤金屬熱電偶.

s標(biāo)號的特點(diǎn)是抗氧化性能強(qiáng)，應(yīng)在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，長期使用溫度為1400℃、短期1600℃。 在所有的熱電偶中，s索引號的溫度等級zui高，通常作為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶使用的r索引號與s索引號相比熱電動(dòng)勢大15%左右，其他性能大致相同的b索引號在室溫下熱電動(dòng)勢極小，因此在測定時(shí)不需要補(bǔ)償引線。 其長期使用溫度為1600℃、短期1800℃。 可在氧化性或中性氣氛下使用，也可在真空條件下短期使用。 n索引號的特點(diǎn)是1300℃時(shí)高溫抗氧化能力強(qiáng)，熱電動(dòng)勢的長期穩(wěn)定性和短期熱循環(huán)的再現(xiàn)性好，耐核輻射和耐低溫性能好，可部分替代s索引號熱電偶的k索引號的特點(diǎn)是抗氧化性能強(qiáng)，應(yīng)在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用 所有熱電偶都廣泛使用zui。e索引號的特征是常用熱電偶中熱電動(dòng)勢zui大，即靈敏度zui高。 優(yōu)選在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，使用溫度為0-800℃； $vme J索引號的特征在于，可用于氧化性氣氛(使用溫度上限750℃)和還原性氣氛(使用溫度上限950℃)，并且H2和CO氣體的耐腐蝕性強(qiáng)，多用于精油和化學(xué)工業(yè)的t索引號的特征在于，所有廉價(jià)的金屬熱電偶中等程度zui高，通常

5 .熱電偶冷側(cè)的溫度補(bǔ)償

熱電偶的材料一般是貴重的(特別是在采用貴金屬的情況下)，為了從測溫點(diǎn)到儀表的距離遠(yuǎn)，節(jié)約熱電偶材料并降低成本，通常使用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室，與儀表端子連接。 必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是將熱電偶的冷端子移動(dòng)到控制室的儀表端子，不能消除冷端子的溫度變化對測溫的影響，不能進(jìn)行補(bǔ)償。 因此，為了補(bǔ)償冷卻溫度t0&ne，還需要其他修正方法，對0℃下的測溫產(chǎn)生影響。 使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要注意形式一致，不能搞錯(cuò)極性，補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶連接端的溫度不得超過100℃。

冷溫度補(bǔ)償器的形式與熱電偶的形式一致，根據(jù)必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用的冷溫度補(bǔ)償器與熱電偶連接時(shí)不得不錯(cuò)過極性的補(bǔ)償器的平衡點(diǎn)溫度來調(diào)整儀表的開始點(diǎn)，在具有指示平衡點(diǎn)溫度的自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的顯示儀表上不安裝補(bǔ)償器的補(bǔ)償器必須定期檢查檢定。 其主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。 其中鉑熱的電阻測度zui高，不僅在工業(yè)測溫中，在標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)儀器中也得到了廣泛應(yīng)用。

1 .測溫電阻體的測溫原理和材料

測溫電阻體是利用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體有溫度變化時(shí)其自身的電阻變化的特性來測定溫度的，測溫電阻體的受熱部(感溫元件)可以均勻地卷繞在用細(xì)金屬絲制成的絕緣材料制成的骨架上，也可以通過激光濺射法形成在基板上。 在被檢測介質(zhì)具有溫度梯度情況下，測定溫度是溫感元件存在范圍的電介質(zhì)層的平均溫度. 熱電阻幾乎都是純金屬材料制成的，現(xiàn)在大多使用zui的是鉑和銅，除此之外，現(xiàn)在還開始用中值、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。

2 .熱阻的結(jié)構(gòu)

(1)護(hù)套測溫電阻體是由感溫元件(電阻體)、導(dǎo)線、絕緣材料、不銹鋼套筒組合而成的堅(jiān)固的體，其外徑一般為&phi； 2~&phi； 8毫米。 與典型的熱電阻器相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)

體積小，內(nèi)部無氣隙，熱慣性方面，測量滯后小的機(jī)械性能好，抗振動(dòng)性強(qiáng)，耐沖擊性強(qiáng)，安裝方便，使用壽命長。 (2)端面熱阻端面熱阻感溫元件用特殊處理過的電阻線材卷繞，與溫度計(jì)端面緊密接觸。 這與一般的軸向熱電阻體相比，能夠更準(zhǔn)確且迅速地反映被測量端面的實(shí)際溫度，適用于測量金屬和其他工件的端面溫度。 (3)隔爆型熱電阻隔耐壓測溫電阻體可用于區(qū)域內(nèi)有爆炸危險(xiǎn)的場所的溫度測量。 隔爆型熱電阻體通過特殊結(jié)構(gòu)的端子箱，將其殼體內(nèi)部的爆炸性混合氣體因火花和電弧等的影響而產(chǎn)生的爆炸封閉在端子箱內(nèi)，在生產(chǎn)現(xiàn)場不會(huì)引起爆炸。

3 .測溫電阻體系統(tǒng)的構(gòu)成

測溫電阻體系統(tǒng)一般由測溫電阻體、連接線、顯示器等構(gòu)成。 根據(jù)測溫電阻體的測溫原理，由于被測溫溫度的變化直接通過測溫電阻體的電阻值的變化來測定，因此測溫電阻體的引線等各種線電阻的變化對溫度測定產(chǎn)生影響，引起連接線電阻的變化的主要是引線長度的變化、引線端子處的接觸電阻的變化、再布線引起的電阻的變化、以及環(huán)境溫度的變化

測溫電阻體的引出線方式有2線式、3線式、4線式3種。

雙線式熱電阻接線簡單，但需要導(dǎo)線電阻附加誤差。 因此，無法制造a級精度的熱阻，請勿長時(shí)間使用導(dǎo)線或?qū)Ь€。 3線式可消除導(dǎo)線電阻的影響，測量精度高于2線式。 zui作為過程檢測元件被廣泛應(yīng)用。 4線式不僅可以消除引線電阻的影響，連接引線的電阻值相同時(shí)，也可以消除該電阻的影響。 高精度測量采用四線制。 (3)熱電偶和熱電阻的選擇方法

選擇熱電偶和熱電阻應(yīng)考慮以下幾點(diǎn):

根據(jù)測溫范圍的選擇，在500℃以上選擇熱電偶，在500℃以下選擇熱電阻是一般的基于測定精度的選擇:選擇精度要求高的熱電阻，根據(jù)選擇精度要求低的熱電偶的測定范圍進(jìn)行選擇:熱電偶測定的一般的手指&ldquo； 點(diǎn)&rdquo； 溫度、測溫電阻體測量一般為空間平均溫度。 [打印][返回頂部][關(guān)李志強(qiáng)]

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