溫度傳感器
發(fā)布時間:2011/8/11 9:40:12 訪問次數(shù):1382
1.金屬熱電阻工作原理
由物理學(xué)可知,大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻,都具有隨溫度變化的特性,其特性方程滿足下式:
Rt=Ro[1+a(t - to)] (619)
式中,Rt、Ro分別為熱電阻在t℃和0℃時的電阻值;a為熱電阻的溫度系數(shù)(單位為1/℃)。
對于絕大多數(shù)金屬導(dǎo)體,耐直并不是一個常數(shù),而是隨溫度的變化而變化,但在一定溫度范圍內(nèi),a可近似視為一個常數(shù)。不同的金屬導(dǎo)體,a果持常數(shù)所對應(yīng)的溫度范圍也不同。
2.金屬熱電阻種類
(1)鉑電阻
鉑電阻除用做一般的工業(yè)測溫外,在國際實用溫標(biāo)中還作為-259.34~630.74℃溫度范圍內(nèi)的溫度基準(zhǔn)。
鉑金屬的物理、化學(xué)性能在高溫環(huán)境和氧化性介質(zhì)中是很穩(wěn)定的,并且有良好的工藝性,易于提純,可以制成極細(xì)的鉑絲(直徑可達0.02mm或更細(xì))或極薄的鉑箔。它的缺點是電阻溫度系數(shù)較小。
用鉑絲雙繞在云母、石英或陶瓷支架上,或采用濺射工藝在石英或陶瓷基座上生成鉑薄膜,構(gòu)成電阻體,電阻體端線與銀絲焊接引出連線,外面再套上玻璃或陶瓷、涂釉加以絕緣和保護,這樣就構(gòu)成了鉑電阻傳感器。
鉑電阻與溫度的關(guān)系可用下式表示。
0~650℃的溫度范圍內(nèi),有
Rt=Ro(1+At+Bt2) (6-20)
-200~0℃的溫度范圍內(nèi),有
Rt= Ro[l+At+ Bt2+C(t-100)t3] (6-21)
式中,Rt、Ro分別為熱電阻在f℃和0℃時的電阻值;A、B、C為溫度系數(shù),A=3.968xl0-3/℃,
B=-5.847×10-7/2℃,C=_4.22xlO-7/3℃.
由式(6-20)和式(6-21)可知,要確定Rt和t的關(guān)系,必須先確定Ro。工業(yè)中把Ro=50Ω和Ro=lOOΩ對應(yīng)的R~t關(guān)系制成分度表,稱為鉑電阻分度表(溫度與電阻值的對照關(guān)系表),供使用者查閱。在測試中,只要測出熱電阻值足,通過查分度表就可以確定被測溫度。
鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關(guān),通常用百度電阻比W(100)表示鉑的純度,即
W(100)=R100/RO (6-22)
式中,R100為100℃時的電阻值;Ro為0℃時的電阻值。
W(100)越大,其純度越高。國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻其百度電阻比W(100)≥1.391.
(2)銅電阻
銅電阻靈敏度高,但易于氧化,一般只用于150℃以下的低溫測量和沒有水及無侵蝕性介質(zhì)中的溫度測量。
銅電阻的電阻溫度系數(shù)比鉑大,在-50~150℃范圍內(nèi)電阻與溫度的關(guān)系幾乎是線性的,并且銅價格便宜、易于提純、工藝性好。因此,在一些測量精度要求不高、測溫范圍不大且溫度較低的測溫場合,可采用銅電阻進行測溫。但銅易于氧化,不適于在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作,銅的電阻率低,所以銅電阻的體積較大。
銅電阻傳感器是將漆包線雙繞在圓柱形陶瓷或塑料支架上(由于銅的電阻率較小,需要多層繞制)引出連線,然后整體用環(huán)養(yǎng)樹脂封固,以提高其導(dǎo)熱性和機械強度。
銅電阻在測量范圍-50~150℃內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系可表示為
Rt=Ro(1+At+Bt2+Ct3) ( 6-23)
也可近似表示為Rt=Ro(1+at)。
式中,Rt、Ro分別為熱電阻在t℃和0℃時的電阻值;A=4.28899xl0-3/℃,B=-2.1333x10-7/2℃,C=1.233xl0-9/3℃。彩白銅的電阻溫度系數(shù),a=4.25X10-3~4.28X10-3/℃。
與鉑電阻一樣,在工業(yè)中把Ro=50Ω和Ro=lOOΩ對應(yīng)的Rt~f關(guān)系制成分度表,稱為銅電阻分度表,供使用者查閱。銅電阻的百度電阻比W(100)≥1.425。
(3)其他熱電阻
鎳和鐵電阻的溫度系數(shù)都較大,電阻率也較高,因此也適合做熱電阻,但由于存在易氧化或非線性嚴(yán)重等缺點,所以目前這兩種熱電阻應(yīng)用較少。鉑、銅熱電阻不適宜做低溫和超低溫測量,近年來一些新穎的測量低溫領(lǐng)域的熱電阻材料相繼出現(xiàn),如銦電阻、錳電阻、碳電阻等。
3.測量電路
熱電阻傳感器的測量電路最常用的是電橋電路,若要求精度高,可采用自動電橋。由于工業(yè)用的熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場,離控制室較遠(yuǎn),熱電阻的引出線會對測量結(jié)果有較大影響,且由于連接導(dǎo)線隨環(huán)境溫度變化而變化,也會給測量結(jié)果帶來誤差。為了減小引出線電阻的影響,常采用三線或四線連接方法,測量時詞整&的阻值使電橋平衡,此時可由R。換算出對應(yīng)的溫度,如圖6·8所示。 C10T03QLH
1.金屬熱電阻工作原理
由物理學(xué)可知,大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻,都具有隨溫度變化的特性,其特性方程滿足下式:
Rt=Ro[1+a(t - to)] (619)
式中,Rt、Ro分別為熱電阻在t℃和0℃時的電阻值;a為熱電阻的溫度系數(shù)(單位為1/℃)。
對于絕大多數(shù)金屬導(dǎo)體,耐直并不是一個常數(shù),而是隨溫度的變化而變化,但在一定溫度范圍內(nèi),a可近似視為一個常數(shù)。不同的金屬導(dǎo)體,a果持常數(shù)所對應(yīng)的溫度范圍也不同。
2.金屬熱電阻種類
(1)鉑電阻
鉑電阻除用做一般的工業(yè)測溫外,在國際實用溫標(biāo)中還作為-259.34~630.74℃溫度范圍內(nèi)的溫度基準(zhǔn)。
鉑金屬的物理、化學(xué)性能在高溫環(huán)境和氧化性介質(zhì)中是很穩(wěn)定的,并且有良好的工藝性,易于提純,可以制成極細(xì)的鉑絲(直徑可達0.02mm或更細(xì))或極薄的鉑箔。它的缺點是電阻溫度系數(shù)較小。
用鉑絲雙繞在云母、石英或陶瓷支架上,或采用濺射工藝在石英或陶瓷基座上生成鉑薄膜,構(gòu)成電阻體,電阻體端線與銀絲焊接引出連線,外面再套上玻璃或陶瓷、涂釉加以絕緣和保護,這樣就構(gòu)成了鉑電阻傳感器。
鉑電阻與溫度的關(guān)系可用下式表示。
0~650℃的溫度范圍內(nèi),有
Rt=Ro(1+At+Bt2) (6-20)
-200~0℃的溫度范圍內(nèi),有
Rt= Ro[l+At+ Bt2+C(t-100)t3] (6-21)
式中,Rt、Ro分別為熱電阻在f℃和0℃時的電阻值;A、B、C為溫度系數(shù),A=3.968xl0-3/℃,
B=-5.847×10-7/2℃,C=_4.22xlO-7/3℃.
由式(6-20)和式(6-21)可知,要確定Rt和t的關(guān)系,必須先確定Ro。工業(yè)中把Ro=50Ω和Ro=lOOΩ對應(yīng)的R~t關(guān)系制成分度表,稱為鉑電阻分度表(溫度與電阻值的對照關(guān)系表),供使用者查閱。在測試中,只要測出熱電阻值足,通過查分度表就可以確定被測溫度。
鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關(guān),通常用百度電阻比W(100)表示鉑的純度,即
W(100)=R100/RO (6-22)
式中,R100為100℃時的電阻值;Ro為0℃時的電阻值。
W(100)越大,其純度越高。國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻其百度電阻比W(100)≥1.391.
(2)銅電阻
銅電阻靈敏度高,但易于氧化,一般只用于150℃以下的低溫測量和沒有水及無侵蝕性介質(zhì)中的溫度測量。
銅電阻的電阻溫度系數(shù)比鉑大,在-50~150℃范圍內(nèi)電阻與溫度的關(guān)系幾乎是線性的,并且銅價格便宜、易于提純、工藝性好。因此,在一些測量精度要求不高、測溫范圍不大且溫度較低的測溫場合,可采用銅電阻進行測溫。但銅易于氧化,不適于在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作,銅的電阻率低,所以銅電阻的體積較大。
銅電阻傳感器是將漆包線雙繞在圓柱形陶瓷或塑料支架上(由于銅的電阻率較小,需要多層繞制)引出連線,然后整體用環(huán)養(yǎng)樹脂封固,以提高其導(dǎo)熱性和機械強度。
銅電阻在測量范圍-50~150℃內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系可表示為
Rt=Ro(1+At+Bt2+Ct3) ( 6-23)
也可近似表示為Rt=Ro(1+at)。
式中,Rt、Ro分別為熱電阻在t℃和0℃時的電阻值;A=4.28899xl0-3/℃,B=-2.1333x10-7/2℃,C=1.233xl0-9/3℃。彩白銅的電阻溫度系數(shù),a=4.25X10-3~4.28X10-3/℃。
與鉑電阻一樣,在工業(yè)中把Ro=50Ω和Ro=lOOΩ對應(yīng)的Rt~f關(guān)系制成分度表,稱為銅電阻分度表,供使用者查閱。銅電阻的百度電阻比W(100)≥1.425。
(3)其他熱電阻
鎳和鐵電阻的溫度系數(shù)都較大,電阻率也較高,因此也適合做熱電阻,但由于存在易氧化或非線性嚴(yán)重等缺點,所以目前這兩種熱電阻應(yīng)用較少。鉑、銅熱電阻不適宜做低溫和超低溫測量,近年來一些新穎的測量低溫領(lǐng)域的熱電阻材料相繼出現(xiàn),如銦電阻、錳電阻、碳電阻等。
3.測量電路
熱電阻傳感器的測量電路最常用的是電橋電路,若要求精度高,可采用自動電橋。由于工業(yè)用的熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場,離控制室較遠(yuǎn),熱電阻的引出線會對測量結(jié)果有較大影響,且由于連接導(dǎo)線隨環(huán)境溫度變化而變化,也會給測量結(jié)果帶來誤差。為了減小引出線電阻的影響,常采用三線或四線連接方法,測量時詞整&的阻值使電橋平衡,此時可由R。換算出對應(yīng)的溫度,如圖6·8所示。 C10T03QLH
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