熱電偶與熱電阻的簡單知識_圖文

1、熱電阻與熱電偶發(fā)表時間 :2005-11-15一、溫度測量的基本概念溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量,而用來量 度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(零點和測量溫度的基本單位。目前國際上用 得較多的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實用溫標(biāo)。華氏溫標(biāo)(oF 規(guī)定:在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,冰的熔點為 32度,水的沸點為 212度,中間劃分 180等分, 每第分為報氏 1度,符號為 oF 。攝氏溫度(規(guī)定:在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,冰的熔點為 0度,水的沸點為 100度,中間劃分 100等分, 每第分為報氏 1度,符號為。熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開爾 文 溫

2、標(biāo), 或 稱 絕對 溫標(biāo),它規(guī)定分 子運動停止 時的溫度為 絕對 零度, 記 符號為 K 。 國際實用溫標(biāo)是 一個 國際 協(xié)議 性溫標(biāo),它 與 熱力學(xué)溫標(biāo) 相 接 近 ,而 且復(fù)現(xiàn)精 度 高 , 使 用 方便 。目前國 際通用的溫標(biāo)是國際溫標(biāo) ITS-90。國際溫標(biāo)(ITS-90 簡介如 下。溫度單位熱力學(xué)溫度(符號為 T 是基本 功手 物理量,它的單位為開爾 文 (符號為 K ,定 義 為水 三相 點的熱力學(xué) 溫度的 1/273.16。 由于以 前的溫標(biāo)定 義 中, 使 用了 與 273.15K (冰點的 差 值來表 示 溫度, 因此現(xiàn) 在 仍保 留這各方法 。根據(jù) 定 義 ,攝氏度的大 小

3、 等 于 開爾 文 ,溫 差亦可以 用攝氏度 或 開爾 文 來表 示 。國際溫標(biāo) ITS-90同 時定 義 國際開爾 文 溫度 (符號為 T90 和國際攝氏溫度 (符號為 t90國際溫標(biāo) ITS-90的通 則ITS-90由 0.65K 向 上 到普朗克輻射 定 律使 用單 色輻射 實際 可 測量的 最高 溫度。 ITS-90是 這樣制訂 的, 即 在 全 量程中, 任何 溫度的 T90值 非常 接 近于 溫標(biāo) 采納 時 T 的 最佳估計 值, 與直 接測量熱力學(xué)溫度 相比 , T90的測量 要方便 得多,而 且更 為 精密 , 并具 有 很高 的 復(fù)現(xiàn) 性。ITS-90的定 義第 一 溫 區(qū)

4、為 0.65K 到 5.00K 之 間 , T90由 3He 和 4He 的 蒸 氣壓 與 溫度的 關(guān)系式 來定 義 。第 二 溫 區(qū) 為 3.0K 到氖三相 點 (24.5661K之 間 T90是用 氦 氣體溫度 計 來定 義 .第 三 溫 區(qū) 為 平衡氫三相 點 (13.8033K到 銀 的 凝固 點 (961.78 之 間 ,T90是 由 鉑電阻 溫度 計 來定 義 . 它 使 用 一 組 規(guī)定的定 義 固 定點 及利 用規(guī)定的 內(nèi)插 法 來分度 .銀凝固 點 (961.78 以 上的溫 區(qū) ,T90是 按 普朗克輻射 定 律 來定 義 的 , 復(fù)現(xiàn) 儀器 為 光 學(xué) 高 溫 計 .二、

5、溫度測量儀表的分類溫度測量 儀 表 按 測溫 方式可 分為接 觸 式 和 非 接 觸 式 兩 大 類 。接 觸 式 測溫 儀 表測溫 儀 表 比 較 簡 單、 可 靠 , 測量 精 度較 高 ; 但 因 測溫 元件 與 被 測 介 質(zhì)需 要 進(jìn)行充 分的熱 交換 , 需 要一 定的時間 才 能 達(dá) 到 熱 平衡 , 所 以 存 在測溫的 延遲 現(xiàn) 象 , 同 時 受耐 高 溫 材料 的 限 制 , 不 能 應(yīng) 用 于很高 的溫度測量。 非 接 觸 式 儀 表測溫是通過 熱 輻射 原 理來測量溫度的,測溫 元件不需 與 被 測 介 質(zhì) 接 觸 ,測溫 范圍廣 , 不受 測溫上 限 的 限 制 ,

6、 也不會破 壞被 測物體的溫度 場 , 反應(yīng)速 度 一 般也 比 較 快;但受 到 物體的發(fā) 射 率 、測量 距離 、 煙塵 和水氣等 外界 因 素 的 影響 , 其 測量 誤 差 較大。三、熱電偶和熱電阻在接 觸 式 溫度測量 儀 表熱 電偶 和熱 電阻 是 工業(yè) 上 最常 用的溫度 檢 測 元件 。(一熱電偶1、熱 電偶 特點是:測量 精 度 高 。 因 熱 電偶 直 接 與 被 測 對 象 接 觸 , 不受 中間 介 質(zhì) 的 影響 。測量 范圍廣 。 常 用的熱 電偶從 -50+1600 均 可 連續(xù) 測量, 某些特 殊 熱 電偶 最 低 可 測 到 -269 (如 金鐵鎳 鉻 , 最高

7、可 達(dá) +2800(如 鎢 -錸 。構(gòu)造 簡 單, 使 用 方便 。熱 電偶 通 常 是 由 兩種不 同 的 金屬絲組成 ,而 且 不受 大 小 和開 頭 的 限 制 , 外 有 保 護(hù)套 管 ,用起來 非常方便 。2、熱 電偶 測量 原 理熱 電偶 是 一 種 感 溫 元件 , 它能 將 溫度 信 號 轉(zhuǎn) 換成 熱 電 勢信 號 , 通過 電 氣測量 儀 表的 配合 , 就 能測量 出 被 測的溫度。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 所組成 的 閉合回路 中 , 當(dāng) A 和 B 的 兩 個 接點 處 于 不 同 溫度 T 和 T

8、o 時 , 在 回路 中 就 會 產(chǎn)生 熱 電 勢 。 這 就 是 所 謂 的 塞貝 克 效 應(yīng) 。 導(dǎo) 體 A 和 B 稱為熱 電 極 。溫度較 高 的 一 端 (T 叫 工 作端 ( 通 常 焊 接在 一 起 ; 溫度較 低 的 一 端 (To 叫 自 由 端 ( 通 常 處 于 某 個 恒 定的溫度下 。 根據(jù) 熱 電 勢 與 溫度 函 數(shù) 關(guān)系 。 可制 成 熱 電偶 分度表。 分度表是在 自 由 端 溫度 To=00C 的 條 件 下得 到 的。 不 同 的熱 電偶 具 有 不 同 的分度表。在熱 電偶 回路 中接 入 第 三 種金屬材料 時 , 只 要 該 材料兩 個 接點的溫度

9、相同 , 熱 電偶所 產(chǎn)生 的熱 電 勢將 保 持 不 變, 即 不受 第 三 種金屬 接 入回路 中的 影響 。 因此 , 在熱 電偶 測溫時 , 可 接 入 測量 儀 表 , 測得熱 電 勢 后 , 即可 知道 被 測 介 質(zhì) 的溫度。3、熱 電偶 的 種類及 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 大 類 。標(biāo)準(zhǔn)熱 電偶 是 指 國 家 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 其 熱 電 勢 與 溫 度的 關(guān)系 、 允許 誤 差 、 并 有 統(tǒng) 一 的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱 電偶 ,它有 與 其 配 套 的 顯 示 儀 表 可 供選 用。 非 標(biāo)準(zhǔn)化熱 電偶 在 使

10、 用 范圍 或 數(shù)量 級 上 均不及 標(biāo)準(zhǔn)化熱 電偶 , 一 般也 沒 有 統(tǒng) 一 的分度表, 主 要 用 于 某些特 殊場 合 的測 量。(2熱 電偶 的 材料從 理 論 上 講 , 任何 兩種 導(dǎo) 體 都 可以 配 制 成 熱 電偶 , 但 實際上 并 不 是 所 有 材料 都 能 制 作 熱 電偶 , 故 對 熱 電 極 材料 必須滿足 以 下 幾 點:熱 電偶材料受 溫度 作 用 后 能 產(chǎn)生 較 高 的熱 電 勢 , 熱 電 勢 和溫度 之 間的 關(guān)系最 好呈線 性 或近 似線 性的單值 函 數(shù) 關(guān)系 ;能測量較 高 的溫度 , 并 在較 寬 的溫度 范 國 內(nèi)應(yīng) 用 , 經(jīng)長期 使

11、 用 后 , 物理、化學(xué)性能 及 熱 電 特性 保 持穩(wěn) 定 ; 要 求 材料 的 電阻 溫度 系 數(shù) 要小 , 電阻率 高 , 導(dǎo) 電 性能 好 , 熱 容 量 要小 ;復(fù)現(xiàn) 性 要 好 , 便于 大 批生產(chǎn) 和 互 換 , 便于制 定 統(tǒng) 一 的分度表 ;機(jī)械 性能 好 , 材質(zhì)均 勻 ;資源豐富 , 價格 便 宜 。(3為了 保 證 熱 電偶 可 靠 、 穩(wěn) 定 地 工 作 , 對 熱 電偶 的 結(jié) 構(gòu) 要 求 如 下: 組成 熱 電偶 的 兩 個 熱 電 極 的 焊 接 必須牢 固; 兩 個 熱 電 極彼 此之 間 應(yīng) 很 好地 絕 緣 , 以 防短路 ; 補(bǔ)償導(dǎo)線 與 熱 電偶 自

12、由 端 的 連 接 要方便可 靠; 保 護(hù)套管應(yīng) 能 保 證 熱 電 極 與 有 害 介 質(zhì)充 分 隔 離 。4、熱 電偶 的分度號標(biāo)準(zhǔn)化熱 電偶 , 按 IEC 國際標(biāo)準(zhǔn) 生產(chǎn) 。熱 電偶 的分度號有 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 廉 金屬 熱 電偶 。S 分度號的特點是 抗氧 化性能 強(qiáng) , 宜 在 氧 化性、 惰 性氣 氛 中 連續(xù) 使 用, 長期 使 用溫度 1400, 短期 1600。在 所 有熱 電偶 中, S 分度號的

13、精 確 度等 級 最高 ,通 常 用 作 標(biāo)準(zhǔn)熱 電偶;R 分度號 與 S 分度號 相比 除 熱 電 動 勢 大 15%左右 , 其 它性能 幾 乎完 全相同 ;B 分度號在 室 溫下熱 電 動 勢極 小 , 故 在測量時 一 般不 用 補(bǔ)償導(dǎo)線 。它的 長期 使 用溫度為 1600, 短期 1800。 可 在 氧 化性 或 中性氣 氛 中 使 用, 也 可 在 真空 條 件 下 短期 使 用。N 分度號的特點是 1300下 高 溫 抗氧 化能力 強(qiáng) , 熱 電 動 勢 的 長期穩(wěn) 定性 及 短期 熱 循環(huán) 的 復(fù)現(xiàn) 性 好 , 耐 核 輻 照 及耐低 溫性能 也 好 , 可以 部 分 代替

14、S 分度號熱 電偶;K 分度號的特點是 抗氧 化性能 強(qiáng) , 宜 在 氧 化性、 惰 性氣 氛 中 連續(xù) 使 用, 長期 使 用溫度 1000, 短期 1200。在 所 有熱 電偶 中 使 用 最 廣 泛 ;E 分度號的特點是在 常 用熱 電偶 中, 其 熱 電 動 勢 最 大, 即 靈敏 度 最高 。 宜 在 氧 化性、 惰 性氣 氛 中 連續(xù) 使 用, 使 用溫度 0-800 ; $vmeJ 分度號的特點是 既 可 用 于 氧 化性氣 氛 (使 用溫度上 限 750 , 也 可 用 于 還 原 性氣 氛 (使 用溫度上 限 950 , 并且 耐 H2及 CO 氣體 腐蝕 ,多用 于 煉油

15、及 化 工;T 分度號的特點是在 所 有 廉 金屬 熱 電偶 中 精 確 度等 級 最高 ,通 常 用來測量 300 以 下的溫度。5、熱 電偶 冷 端 的溫度 補(bǔ)償由于 熱 電偶 的 材料 一 般 都 比 較 貴重 (特 別 是 采 用 貴 金屬 時 ,而測溫點 到 儀 表的 距離 都 很 遠(yuǎn) ,為了 節(jié) 省 熱 電偶材料 , 降 低成 本,通 常采 用 補(bǔ)償導(dǎo)線 把 熱 電偶 的冷 端 (自 由 端 延 伸 到 溫度 比 較 穩(wěn) 定的 控 制 室 內(nèi) , 連 接 到 儀 表 端 子 上。 必須指出 ,熱 電偶 補(bǔ)償導(dǎo)線 的 作 用只起 延 伸 熱 電 極 , 使 熱 電偶 的冷 端 移 動

16、到 控 制 室 的 儀 表 端 子 上,它本 身 并 不 能 消除 冷 端 溫度變化 對 測溫的 影響 , 不 起 補(bǔ)償作 用。 因此 , 還 需 采 用 其 他 修正 方法 來 補(bǔ)償 冷 端 溫度 t0 0時 對 測溫的 影響 。在 使 用熱 電偶 補(bǔ)償導(dǎo)線 時 必須 注意型 號 相 配 , 極 性 不 能接 錯 , 補(bǔ)償導(dǎo)線 與 熱 電偶連 接 端 的溫度 不 能 超 過 100。冷 端 溫度 補(bǔ)償 器 的 型 號 應(yīng) 與 熱 電偶 的 型 號 相 符 , 并 在規(guī)定溫度 范圍內(nèi) 使 用 ;冷 端 溫度 補(bǔ)償 器 與 熱 電偶連 接時 極 性 不 能接 錯 ;根據(jù) 補(bǔ)償 器 的 平衡 點溫

17、度 調(diào)整 儀 表起 始 點 , 使 指 針 批 示 在 平衡 點溫度 ;具 有 自 動 補(bǔ)償機(jī) 構(gòu) 的 顯 示 儀 表 不 安裝 補(bǔ)償 器 ;補(bǔ)償 器 必須 定 期 檢 查 和 檢 定 .(二熱電阻熱 電阻 是中 低 溫 區(qū)最常 用的 一 種 溫度 檢 測 器 。它的 主 要 特點是測量 精 度 高 , 性能 穩(wěn) 定。 其 中 鉑 熱是 阻 的測量 精 確 度是 最高 的,它 不 僅 廣 泛 應(yīng) 用 于 工業(yè) 測溫,而 且 被 制 成 標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn) 儀 。1. 熱 電阻 測溫 原 理 及材料熱 電阻 是 利 用 金屬 導(dǎo) 體 或 半 導(dǎo) 體有溫度變化時本 身 電阻也 隨 著 發(fā) 生 變化的特性來

18、測量溫度的,熱 電阻 的 受 熱 部 分 (感 溫 元件 是用 細(xì) 金屬絲均 勻地 繞 在 絕 緣 材料 作 成 的 骨架 上 或 通過 激 光 濺 射 工 藝 在基 片 形 成 。 當(dāng) 被 測 介 質(zhì) 有溫度 梯 度時, 則 所 測得的溫度是 感 溫 元件所 在 范圍內(nèi) 介 質(zhì) 層 的 平 均 溫度。 熱 電阻 大 都 由 純 金 屬材料 制 成 ,目前 應(yīng) 用 最 多的是 鉑 和 銅 , 此 外 , 現(xiàn) 在 已 開 始 采 用 甸 、 鎳 、 錳 和 銠 等 材料 制 造 熱 電阻 。2. 熱 電阻 的 結(jié) 構(gòu)(1 鎧裝 熱 電阻 鎧裝 熱 電阻 是 由 感 溫 元件 (電阻 體 、 引

19、線 、 絕 緣 材料 、 不 銹鋼 套管組 合 而 成 的 堅 實體, 它的 外 徑 一 般 為 28mm 。 與普 通 型 熱 電阻 相比 ,它有下 列優(yōu) 點:體 積 小 , 內(nèi) 部無空 氣 隙 ,熱 慣 性上,測量 滯 后 小 ;機(jī)械 性能 好 、 耐 振 , 抗沖 擊 ;能 彎曲 , 便于 安裝使 用 壽命 長 。(2 端 面 熱 電阻 端 面 熱 電阻 感 溫 元件 由 特 殊 處 理的 電阻絲材 繞 制 , 緊貼 在溫度 計 端 面 。 它 與一 般 軸 向 熱 電阻 相比 ,能 更 正確 和 快速 地 反 映 被 測 端 面 的實際溫度, 適 用 于 測量 軸瓦 和 其 他 機(jī) 件

20、 的 端 面 溫度。(3 隔 爆 型 熱 電阻 隔 爆 型 熱 電阻 可 用 于區(qū) 內(nèi) 具 有 爆炸危險 場所 的溫度測量。 隔 爆 型 熱 電阻 通過特 殊 結(jié) 構(gòu) 的接 線 盒 , 把 其外 殼 內(nèi) 部 爆炸 性 混 合 氣體 因 受 到 火花 或 電 弧 等 影響 而發(fā) 生 的 爆炸局 限 在接 線 盒 內(nèi) , 生產(chǎn) 現(xiàn) 場不會 引超 爆炸 。3. 熱 電阻 測溫 系 統(tǒng) 的 組成熱 電阻 測溫 系 統(tǒng) 一 般 由 熱 電阻 、 連 接 導(dǎo)線 和 顯 示 儀 表等 組成 。 從 熱 電阻 的測溫 原 理 可 知 , 被 測溫度的 變化是 直 接通過熱 電阻阻 值的變化來測量的, 因此 , 熱 電阻 體的 引 出線 等 各 種