電氣測(cè)試技術(shù)46熱電阻

28十二月2023電氣測(cè)試技術(shù)46熱電阻熱電阻分類

按材料分，熱電阻傳感器可分為金屬熱電阻式和半導(dǎo)體熱電阻式兩大類，前者簡(jiǎn)稱熱電阻，后者簡(jiǎn)稱熱敏電阻。按結(jié)構(gòu)分，普通型熱電阻、鍇裝熱電阻、薄膜熱電阻按用途分，工業(yè)用熱電阻、精密標(biāo)準(zhǔn)電阻12/28/20232第四章非電量的電測(cè)技術(shù)一、金屬熱電阻及其特性熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測(cè)量的。1、鉑電阻鉑易于提純，在高溫和氧化性介質(zhì)中物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，電阻率較大，能耐較高的溫度；制成的鉑電阻輸出－輸入特性接近線性。鉑電阻的電阻值與溫度之間的關(guān)系：A、B、C——常數(shù)鉑電阻制成的溫度計(jì)，除作溫度標(biāo)準(zhǔn)外，還廣泛應(yīng)用于高精度的工業(yè)測(cè)量。由于鉑為貴金屬，一般在測(cè)量精度要求不高和測(cè)溫范圍較小時(shí)，均采用銅電阻。12/28/20233第四章非電量的電測(cè)技術(shù)鉑電阻的純度

鉑電阻的純度以R100/R0表示，R100表示在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水沸點(diǎn)時(shí)的鉑的電阻值。國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，其R100/R0不得小于1.3925。我國(guó)工業(yè)用鉑電阻分度號(hào)為BA1、BA2，其R100/R0=1.391。用途：鋼鐵、地質(zhì)、石油、化工等生產(chǎn)工藝流程,各種食品加工、空調(diào)設(shè)備及冷凍庫(kù)、恒溫槽等的溫度檢測(cè)與控制中。12/28/20234第四章非電量的電測(cè)技術(shù)熱電阻分度表如何根據(jù)已知熱電阻的電阻值，得出熱電阻感應(yīng)到的溫度?分度表查詢（由于熱電阻的非線性）P356（Pt100）Rt＝315.20Ω，對(duì)應(yīng)的溫度是？（Pt100）T＝605℃目前，我國(guó)常用的工業(yè)鉑電阻有：分度號(hào)Pt46，R0＝46.00Ω；分度號(hào)Pt100，R0＝100.00Ω；標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻或?qū)嶒?yàn)室用鉑電阻的為10.00Ω或30.00Ω。由于鉑電阻具有精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠和復(fù)現(xiàn)性好等特點(diǎn)，國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定，從-259.34~630.74℃溫域內(nèi)以鉑電阻溫度計(jì)作為基準(zhǔn)器制定其它溫度標(biāo)準(zhǔn)。12/28/20235第四章非電量的電測(cè)技術(shù)12/28/20236第四章非電量的電測(cè)技術(shù)2、銅電阻銅在-50～150℃范圍內(nèi)銅電阻化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，輸出－輸入特性接近線性，價(jià)格低廉。銅電阻阻值與溫度變化之間的關(guān)系：式中A、B、C—常量當(dāng)溫度高于100℃時(shí)易被氧化，因此適用于溫度較低和沒有浸蝕性的介質(zhì)中工作。12/28/20237第四章非電量的電測(cè)技術(shù)P358（Cu50）Rt＝71.40Ω，對(duì)應(yīng)溫度是？（Cu50）T＝100℃12/28/20238第四章非電量的電測(cè)技術(shù)3、其他熱電阻鎳使用溫度范圍是-50～100℃和-50～150℃。但目前應(yīng)用較少：鎳非線性嚴(yán)重，材料提取也困難。但靈敏度都較高，穩(wěn)定性好，在自動(dòng)恒溫和溫度補(bǔ)償方面的應(yīng)用較多。（我國(guó)定為標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻）銦（yin）電阻適宜在-269～-258℃溫度范圍內(nèi)使用，測(cè)溫精度高，靈敏度是鉑電阻的10倍，但是復(fù)現(xiàn)性差。錳電阻適宜在-271～-210℃溫度范圍內(nèi)使用，靈敏度高，但是質(zhì)脆易損壞。碳電阻適宜在-273～-268.5℃溫度范圍內(nèi)使用，熱容量小，靈敏度高，價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)便，但是熱穩(wěn)定性較差。12/28/20239第四章非電量的電測(cè)技術(shù)熱電阻的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般將電阻絲統(tǒng)在云母、石英、陶瓷、塑料等絕緣骨架上，經(jīng)過固定，外面再加上保護(hù)套管。但骨架性能的好壞，影響其測(cè)量精度、體積大小和使用壽命。下面是關(guān)于熱電阻的結(jié)構(gòu)、類型的簡(jiǎn)單了解12/28/202310第四章非電量的電測(cè)技術(shù)感溫元件結(jié)構(gòu)普通（裝配式）鉑電阻12/28/202311第四章非電量的電測(cè)技術(shù)鎧裝式鉑電阻比裝配式鉑電阻直徑小，易彎曲，抗震性好，適宜安裝在裝配式鉑電阻無法安裝的場(chǎng)合。鎧裝式鉑電阻外保護(hù)套管采用不銹鋼，內(nèi)充滿高密度氧化物絕緣體，因此，它具有很強(qiáng)的抗污染性能和優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，適合安裝在環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。可直接用銅導(dǎo)線和二次儀表相連接使用。由于它具有良好的電輸出特性，可為顯示儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器、掃描器、數(shù)據(jù)記錄儀以及計(jì)算機(jī)提供準(zhǔn)確的溫度變化信號(hào)。鎧裝式鉑電阻12/28/202312第四章非電量的電測(cè)技術(shù)薄膜鉑熱電阻元件，把金屬鉑研制成粉漿，采用先進(jìn)的激光噴濺薄膜技術(shù)，及光刻法和干燥蝕刻法把鉑附著在陶瓷基片上形成膜，引線經(jīng)過激光調(diào)阻制成。鉑金屬的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、可重復(fù)操作性、快速響應(yīng)及較寬的工作溫度范圍等特性使其能夠適合多種應(yīng)用。薄膜鉑熱電阻陶瓷、玻璃、薄膜鉑熱電阻元件12/28/202313第四章非電量的電測(cè)技術(shù)二、測(cè)量電路U0為指示電表，R1、R2、R3為固定電阻，RP為零位調(diào)節(jié)電阻(適應(yīng)不同熱電阻而設(shè)置)。熱電阻都通過電阻分別為RL1＝RL2＝RL3的三根導(dǎo)線和電橋連接。若R3＝100Ω，Rt為Pt100，R0＝100Ω，則RP＝0Ω。Rt為Pt46，R0＝46Ω，則RP＝54Ω。1、三線橋接法12/28/202314第四章非電量的電測(cè)技術(shù)當(dāng)溫度變化時(shí)，引線的長(zhǎng)度和電阻溫度系數(shù)相同，它們的電阻變化就不會(huì)影響電橋的狀態(tài)，即不會(huì)產(chǎn)生溫度誤差。三線連接法的缺點(diǎn)之一是可調(diào)電阻的接觸電阻和電橋臂的電阻相連，可能導(dǎo)致電橋的零點(diǎn)不穩(wěn)。在實(shí)驗(yàn)室精密測(cè)量時(shí)，采用四線連接法。12/28/202315第四章非電量的電測(cè)技術(shù)2、四線連接法圖所示為四線連接法，調(diào)零的RP電位器的接觸電阻和指示電表串聯(lián)，RN、Rt測(cè)量中都有接觸電勢(shì)。引線2和3在測(cè)量時(shí)沒有電流，引線電阻無影響RN標(biāo)準(zhǔn)電阻Rt熱電阻測(cè)量時(shí)，開關(guān)S2分別切換到RN、Rt上壓降。Rt＝（Ut/UN）RN12/28/202316第四章非電量的電測(cè)技術(shù)例4-13在較窄溫域內(nèi)鉑電阻與溫度關(guān)系可視為線性

Pt100的R0=100Ω，α=0.00394Ω/℃。圖4-88是鉑電阻二線制接入橋路，已知R1=R2=1000Ω，R3=100Ω，引線電阻r=5Ω，被測(cè)溫度t=300℃。求二線制接法引起的測(cè)量誤差。解：t=300℃時(shí)，熱電阻的阻值為：按圖4-87a三線制接法，引線電阻不會(huì)引起誤差，（RP=0）其輸出電壓為：12/28/202317第四章非電量的電測(cè)技術(shù)圖4-88熱電阻兩線制接入橋路按圖4-88二線制接法，輸出電壓為：因此引起的相對(duì)誤差為：由此可見，兩線制接法引線電阻引起的誤差是相當(dāng)大的。使用時(shí)必須引起足夠重視。12/28/202318第四章非電量的電測(cè)技術(shù)三、熱電阻的應(yīng)用1、熱電阻溫度計(jì)通常工業(yè)上用于測(cè)溫是采用鉑電阻和銅電阻作為敏感元件，測(cè)量電路用得較多的是電橋電路。為了克服環(huán)境溫度的影響常采用圖所示的三導(dǎo)線四分之一電橋電路。由于采用這種電路，熱電阻的兩根引線的電阻值被分配在兩個(gè)相鄰的橋臂中，如果，則由于環(huán)境溫度變化引起的引線電阻值變化造成的誤差被相互抵消。12/28/202319第四章非電量的電測(cè)技術(shù)2、熱電阻式流量計(jì)

熱電阻流量計(jì)的電原理圖。兩個(gè)鉑電阻探頭Rt1、Rt2，Rt1放在管道中央，它的散熱情況受介質(zhì)流速的影響。Rt2放在溫度與流體相同，但不受介質(zhì)流速影響的小室中。當(dāng)介質(zhì)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，流量計(jì)沒有指示。當(dāng)介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，由于介質(zhì)流動(dòng)帶走熱量，溫度的變化引起阻值變化，電橋失去平衡而有輸出，電流計(jì)指示直接反映了流量的大小。12/28/202320第四章非電量的電測(cè)技術(shù)3、利用