現(xiàn)代工程控制中的測(cè)試與檢測(cè)技術(shù)(7熱電阻)

1、復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) 第二章第二章 熱工參數(shù)測(cè)量技術(shù)熱工參數(shù)測(cè)量技術(shù) 2-1 溫度測(cè)量溫度測(cè)量 1990國(guó)際溫標(biāo)國(guó)際溫標(biāo)(ITS-90)溫度國(guó)家基準(zhǔn)溫度國(guó)家基準(zhǔn)基準(zhǔn)基準(zhǔn) 溫度計(jì)溫度計(jì)一等標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)一等標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)二等標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)二等標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)實(shí)實(shí) 驗(yàn)室、工業(yè)等溫度計(jì)驗(yàn)室、工業(yè)等溫度計(jì) 2-1-1 熱電偶測(cè)溫?zé)犭娕紲y(cè)溫 原理：原理：E E接觸接觸 E E溫差溫差（與溫度梯度無(wú)關(guān)與溫度梯度無(wú)關(guān)） 熱電勢(shì)熱電勢(shì) 熱電偶回路性質(zhì)熱電偶回路性質(zhì) 熱電勢(shì)只與材料性質(zhì)和兩接點(diǎn)溫度有關(guān)熱電勢(shì)只與材料性質(zhì)和兩接點(diǎn)溫度有關(guān)( (均質(zhì)）均質(zhì)） 不同性質(zhì)材料才能組成熱電偶不同性質(zhì)材料才能組成熱電偶 測(cè)點(diǎn)（t） 200 2000 熱電

2、偶熱電偶 T 現(xiàn)場(chǎng)（tn） 3080 補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)接頭補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)接頭 （變送器）（變送器） 現(xiàn)場(chǎng)柜或測(cè)控室 1050 冷端補(bǔ)償器冷端補(bǔ)償器 變送器變送器 測(cè)量?jī)x表 2040 毫伏或毫伏或420mA A B A B Cu Cu 均質(zhì)材料定律均質(zhì)材料定律 2. 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 應(yīng)用：回路中可接入測(cè)量熱電勢(shì)的儀表，接點(diǎn)可以焊接。 3. 中間溫度定律中間溫度定律 EAB（t，t0）EAB（t，tn）EAB（tn，t0） 應(yīng)用：查分度表時(shí)應(yīng)用（t0=0的情況） 4. 連接導(dǎo)體定律連接導(dǎo)體定律 應(yīng)用：與中間溫度定律一起構(gòu)成熱電偶回路中利用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的依據(jù)。 RD隨環(huán)境溫度變化，應(yīng)補(bǔ)償。電阻RB和RT起溫

3、度補(bǔ)償作用。 Rs=200-1000W；RD=60W; Rp=600W 熱電偶與動(dòng)圈儀表（熱電偶與動(dòng)圈儀表（XCZ-101）組成測(cè)量系統(tǒng)）組成測(cè)量系統(tǒng) 注意：相匹配；機(jī)械零點(diǎn)；一支熱電偶配用一臺(tái)動(dòng)圈儀表注意：相匹配；機(jī)械零點(diǎn)；一支熱電偶配用一臺(tái)動(dòng)圈儀表 2直流電位差計(jì) 1) 手動(dòng)電位差計(jì) 工作原理 電位比較， 隨動(dòng)平衡方式 測(cè)量時(shí)，“測(cè)量”回 路工作， Et其與UAB比 較 若G=0，則 Et=UAB B點(diǎn)位置可代表Et的大小 手動(dòng)電位差計(jì)的精確度 決定于： I 的穩(wěn)定性 RN，RAB的精確性 G的高靈敏性 確定工作電流（I）確定RAB大小 確定熱電勢(shì) 2）自動(dòng)電子電位差計(jì)）自動(dòng)電子電位差計(jì)

4、與手動(dòng)電位差計(jì)的主要區(qū)別： 用電子放大器代替檢流計(jì) 用可逆電機(jī)代替手動(dòng)操作 結(jié)合以下問(wèn)題，自學(xué)教材（重點(diǎn)測(cè)量回路）：結(jié)合以下問(wèn)題，自學(xué)教材（重點(diǎn)測(cè)量回路）： 測(cè)量橋路中各電阻（測(cè)量橋路中各電阻（R6、R5、Rp、RL） ）的作用 的作用 RL如何實(shí)現(xiàn)冷端補(bǔ)償？如何實(shí)現(xiàn)冷端補(bǔ)償？ 思考：輸入信號(hào)短路時(shí)（思考：輸入信號(hào)短路時(shí)（Et=0）, 自動(dòng)電子電位差計(jì)的示自動(dòng)電子電位差計(jì)的示 值是什么？值是什么？ 3）數(shù)字毫伏計(jì)數(shù)字毫伏計(jì) 4) 4) 溫度變送器（工業(yè)領(lǐng)域大量應(yīng)用）溫度變送器（工業(yè)領(lǐng)域大量應(yīng)用） 將熱電偶的毫伏信號(hào)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)電流（將熱電偶的毫伏信號(hào)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)電流（4 420mA20mA）或）或

5、 電壓信號(hào)（電壓信號(hào)（0 010V10V），兩線(xiàn)制。），兩線(xiàn)制。 六. 熱電偶校驗(yàn) 必要性： 1、長(zhǎng)期使用，熱電特性變化，精度下降，、長(zhǎng)期使用，熱電特性變化，精度下降， 須校驗(yàn)須校驗(yàn) 2、建立熱電勢(shì)建立熱電勢(shì)溫度關(guān)系（對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)熱電溫度關(guān)系（對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)熱電 偶，或?qū)纫蟾撸?，須分度偶，或?qū)纫蟾撸?，須分度（校?zhǔn)）（校準(zhǔn)） 方法： 校驗(yàn)與分度方法同，在規(guī)定溫度點(diǎn)進(jìn)行 比較式校驗(yàn)（或校準(zhǔn)）。 設(shè)備： 調(diào)壓器、管式電爐、冰點(diǎn)槽、切 換開(kāi)關(guān)、直流電位差計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶等。 步驟 （按校驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行，基本步驟見(jiàn)按校驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行，基本步驟見(jiàn) 教材教材p76p76） 七. 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)的誤差分析 熱偶測(cè)溫系

6、統(tǒng)的基本誤差源: 分度誤差1：具體熱電偶熱電勢(shì)溫度關(guān)系與通 用分度表之間的偏差。 補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)誤差2 冷端補(bǔ)償器誤差3 顯示儀表誤差4：由儀表精度等級(jí)決定。 以上可按隨機(jī)誤差之極限誤差合成 傳熱誤差、速度誤差、動(dòng)態(tài)響應(yīng)誤差，可按系 統(tǒng)誤差合成 2-1-2 熱電阻測(cè)溫?zé)犭娮铚y(cè)溫 特點(diǎn)：精度高、穩(wěn)定性好，靈敏度高，測(cè)平均溫度； 體積大，動(dòng)態(tài)特性差（指標(biāo)準(zhǔn)熱電阻）。 、常用的熱電阻元件、常用的熱電阻元件 1 鉑熱電阻 鉑電阻溫度關(guān)系： Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t100) (-200t 0） Rt=R01+At+Bt2 （0t500） 鉑絲純度決定溫度計(jì)精度，常用R100R0表示。純 度高，穩(wěn)

7、定性好、精度高。 標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻： R100R0不小于1.3925 工業(yè)用： R100/R0為1.391。 分度表與分度號(hào) 工業(yè)鉑電阻主要有三種，其分度 號(hào)分別為 Pt50 （R0=50） Pt100 （R0=100） Pt300 （R0=300） 附表43列出Pt100的分度表。Pt50可按 Pt100分 度值的1/2計(jì) 特點(diǎn)：精度高，穩(wěn)定性、復(fù)現(xiàn)性好，測(cè)溫特點(diǎn)：精度高，穩(wěn)定性、復(fù)現(xiàn)性好，測(cè)溫 范圍較大，但不適于還原性氣氛。范圍較大，但不適于還原性氣氛。 型號(hào) 瓷片尺寸（mm） 測(cè)量電流 測(cè)量范圍 CRZ- 1632 3.21.61.0 1mA -50400 CRZ- 2005 5.02.01.

8、0 2mA -50500 2、銅熱電阻 銅電阻溫度關(guān)系： Rt=R0（1+At+Bt2+Ct3） （50t15 0） 分度表與分度號(hào)： 工業(yè)銅電阻主要有二種，其分度號(hào)分別為 Cu50 （R0=50） Cu100 （R0=100） 特點(diǎn)：信號(hào)大、線(xiàn)性好，測(cè)溫范圍50 15 0 ， 體積大，動(dòng)特性差； 高溫下易氧化，多用于10 0以下。 3、半導(dǎo)體熱敏電阻 電阻溫度關(guān)系： B與材料有關(guān)，其值約為15005000K 特點(diǎn)： 負(fù)溫系數(shù)，靈敏度高（-3-6%，一般熱電阻 為0.40.6%） 測(cè)溫范圍 -100300 電阻率大、體積小，動(dòng)特性好 性能不穩(wěn)定、精度低、非線(xiàn)性、互換性差。 ) 11 (exp

9、0 0 TT BRR TT 、熱電阻測(cè)量、熱電阻測(cè)量 基本方法： 工業(yè)上 不平衡電橋，自動(dòng)平衡電橋 實(shí)驗(yàn)室中 平衡電橋， 電位差計(jì) 1. 動(dòng)圈式溫度指示儀（XCZ-102） 原理 利用不平衡電橋，將熱電阻隨溫度變 化 電橋輸出 指針變化。 XCZ-102由三部分組成： 1）穩(wěn)壓電源：二級(jí)穩(wěn)壓，溫度補(bǔ)償、高穩(wěn)定度、 高精度，+4V 2）不平衡電橋 3）表頭 例：用Cu50銅電阻測(cè)溫，在規(guī)定條件下銅導(dǎo)線(xiàn)電阻r=5W，示值 400C。若環(huán)境溫度變化100C，采用兩線(xiàn)制產(chǎn)生的誤差約20C 不平衡電橋（二線(xiàn)制）不平衡電橋（二線(xiàn)制） 不平衡電橋（三線(xiàn)制）不平衡電橋（三線(xiàn)制） 2. 自動(dòng)電子平衡電橋自動(dòng)電子

10、平衡電橋 平衡電橋工作原理 R3=R4 調(diào)整Rx, 使 G = 0 則有 Rx + Re = Rt + Re Rx = Rt 故:可由 Rx Rt 精度高，與手動(dòng)電位差計(jì)類(lèi)同。 l. 自動(dòng)平衡電橋 以放大器代替檢流計(jì)，可逆 電機(jī)代替手操，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡。 與電子電位差計(jì)在外形、放 大器、記錄等方面相同。測(cè)量 橋路、供電回路不同（為交流） 特點(diǎn)：精度0.5，可指示、可記錄 熱電阻校驗(yàn)與誤差熱電阻校驗(yàn)與誤差 1. 1. 熱電阻校驗(yàn)熱電阻校驗(yàn) 二種方法 ： 比較法：在規(guī)定溫度點(diǎn)進(jìn)行比較式校驗(yàn)（或校準(zhǔn)）。 設(shè)備： 恒溫源（冰點(diǎn)槽、恒溫水槽、恒溫油槽和恒 溫鹽槽等）、直流電橋或直流電位差計(jì)等 步驟 （按校

11、驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行） 二點(diǎn)法： 校驗(yàn)其R0和R100R0兩個(gè)參數(shù)。 設(shè)備：冰點(diǎn)槽和水沸點(diǎn)槽、直流電橋或直流電位差計(jì) 等 2. 熱電阻的自熱熱電阻的自熱 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)熱電阻 I6mA 對(duì)微小熱電阻 ITs， 溫度傳感器對(duì)溫度高的遮熱罩輻 射散熱，減少了測(cè)溫誤差。 一般加裝23層遮熱罩。上 例誤差可降至-10-20。 2） 抽氣式熱電偶 原理：使壓縮空氣通過(guò)噴嘴，造成負(fù)壓， 將高溫氣體高速抽走，熱偶熱端處于該流速 下，提高了，減少了輻射誤差。 抽氣式熱電偶，加裝23層遮熱罩，可使 上例誤差降至-50C。 能耗大，用于工業(yè)試驗(yàn)。 3) 雙熱電偶： 原理：兩支材料相同、絲徑不同、裸露的熱電偶同 時(shí)插入被測(cè)氣流中，若熱電偶直徑 dl 、d2，示值為T(mén)I、 T2 ，可按下式計(jì)算氣體溫度（主要依據(jù)=Kd m-1） 滿(mǎn)足條件：