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行业动态

热电阻百科

文字:[大][中][小] 2018-01-13 10:21    浏览次数:    
热电阻百科
 热电阻是中低温区最常用的一种温度测量监测仪器。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。它的主要特点是测量精度高,性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的,它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,此外,现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。金属热电阻常用的感温材料种类较多,最常用的是铂丝。工业测量用金属热电阻材料除铂丝外,还有铜、镍、铁、铁—镍等。
      安徽天康集团股份有限公司建厂40年以来专注于生产热电阻,对热电阻各种情况进行总结归纳现表述如下:
热电阻
1、
热电阻(图1)热电阻(图1)
压簧式感温元件,抗振性能好;
2、测温精度高;
3、机械强度高,耐高温耐压性能好;
4、进口薄膜电阻元件,性能可靠稳定。
工作原理
  热电阻的测温原理是基于导体或半导体
热电阻(图2)热电阻(图2)
的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。热电阻通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它二次仪表上。

铂电阻分类及优缺点

铂电阻主要分为:标准铂电阻温度计和工业铂电阻。

工业铂电阻按阻值划分可分为:PT5、PT10、PT20、PT50、PT100、PT300、PT500、PT1000等。这些型号是根据铂电阻在0℃时的阻值大小划分的,比如PT100在0℃时的标称阻值为100Ω,PT1000在0℃时的标称阻值为1000Ω,以此类推。

铂电阻在生产过程中是存在制造误差的,根据误差大小将铂电阻分类不同等级,由低到高分为:C、B、1/2B、1/3B、1/5B和1/10B。

实际使用的铂电阻的温度范围与教科书中(-200~850℃)描述的有所不同,受陶瓷骨架材料限制,实际可稳定使用的范围是-200~500℃,个别进口薄膜元件号称能达到600℃或800℃也只是短时间达到,长时间不稳定也容易坏。

标准铂电阻温度计主要由石英管和滩簧状铂丝组成。根据其稳定性分为一等标准铂电阻和二等标准铂电阻。主要用于计量院等计量单位作为标准温度传递用。价格昂贵,易碎,使用需谨慎。因为铂金丝在石英管内部是弹簧状悬空状态,因此标准铂电阻害怕振动,振动会导致铂金丝变形,进而参数发生变化。

工业铂电阻目前市面上主要有三大类:整体烧结外绕式陶瓷铂电阻、薄膜铂电阻和内绕式铂电阻。

三种元件性能对比表(使用寿命根据实际使用情况会多少有所不同)三种元件性能对比表(使用寿命根据实际使用情况会多少有所不同)

薄膜铂电阻是在三氧化二铝(Al2O3)基片上溅射镀膜一层铂金膜,通过光刻形成线条,再由引线焊接引出。Al2O3的膨胀系数是(6.8~8)×10-6,铂的膨胀系数是10.2×10-6,两者膨胀系数差异很大,这就会导致在温度上升时,铂膨胀的“更快”,因此有很大几率从陶瓷基片上脱落,轻则数据变化,重则损坏,温度越偏离室温,损坏速度越快。但是因为其可以批量自动化生产,用料少成本低,所以价格低廉。而且体积小(2*2mm左右),抗振。其使用寿命根据具体使用情况,一般温度在-50~200℃之内使用较为可靠,且不同厂家(大部分是进口)的质量也不一样。且薄膜元件因为体积小,散热面积有限,因此自热比较大,检测电流通常要保证在200uA以下才能保证准确测量。

内绕式铂电阻是在陶瓷管内嵌入弹簧状铂金丝,再填入氧化镁粉固定。这种结构看似牢固,但是同薄膜铂电阻一样,氧化镁粉和铂金丝膨胀系数差异大,温度往复升降时,从微观角度看,铂金丝在氧化镁分中来回伸缩,两者之间产生摩擦,时间长了铂金丝越磨越细,阻值越来越大,最后断开。温度越高,这种摩擦效应越大,寿命越短。其弹簧状结构也决定了这种原件抗振动能力较差。温度保证在-50~300℃以内且无振动场合,内绕式铂电阻稳定性还不错。这种铂电阻用料和制作工艺成本要比薄膜铂电阻高一些。

整体烧结外绕线式陶瓷铂电阻是在陶瓷骨架上均匀双线并绕上铂金丝,并在最外侧涂一层陶瓷釉,最后整体经过高温烧结,形成一个整体“陶瓷疙瘩”,值得注意的是所用的陶瓷骨架和陶瓷釉不是普通的Al2O3,而是多种复杂成分调制而成的陶瓷材料,这种陶瓷的膨胀系数和铂金丝非常相近,因此这种铂电阻在-200~500℃内,重复性稳定性都非常好(-50~200℃年稳定性<0.01℃),且因为它是一个整体,抗振性能非常强(>50g重力加速度)。这种铂电阻制作工艺较为复杂,且用料较多,制造成本要比前两者高。但是从寿命和使用收益或者适用场合要求苛刻的角度来看,具有前两者无法取代的优势。

铂电阻阻值-温度转换公式如下:

对于-200~0℃ 的温度范围:

R(t)=R(0)×[1+At +Bt²+C(t-100℃)t³]

对于 0~850℃的温度范围:

R(t)=R(0 ℃)×(1+At +Bt²)

以上两式中:

R(t) ——————  在温度为t时铂热电阻的电阻值,Ω;

t——————  温度,℃;

R(0) —————  在温度为0℃时铂热电阻的电阻值,Ω;

A——————  常数,其值为3.9083×10^(-3),℃^(-1);

B——————  常数,其值为-5.775×10^(-7),℃^(-2)

C——————  常数,其值为-4.183×10^(-12),℃^(-4)

铜电阻/热电阻 编辑

铜电阻是在铂电阻普及之前较为广泛使用,因为材料成本低,目前目前仍有较少场合使用。且铜的电阻率较大,测温的分辨率较大,颇受部分使用者喜爱。

铜电阻主要是由铜漆包线绕制而成。铜本身易被氧化,因此铜电阻使用温度范围不能太高,通常不超过100℃,且不抗震。静态低温场合使用较为理想。

铜电阻阻值-温度转换公式如下:

R(t)=R(0)×[1+At+Bt+Bt²+Ct³] (-50~150℃)

其中R(0)  在温度为0℃时铜热电阻的电阻值,Ω;

A常数,其值为4.28899×10^(-3);

B常数,其值为-2.133×10^(-7);

C常数,其值为1.233×10^(-9)。

镍电阻/热电阻 编辑

镍电阻目前使用较少,国外有些厂家一直在使用。因为其电阻率较大,分辨率高,价格比铂电阻较低一些。目前已出现芯片级镍电阻,可用于电路板测温,封装较小(SOT23-3),但是使用温度范围有限(-40~125℃)。但价格比薄膜铂电阻略高一些。

热敏电阻/热电阻 编辑

用于测温的热敏电阻按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度越高时电阻值越大,负温度系数热敏电阻器(NTC)在温度越高时电阻值越低,它们同属于半导体器件。

优点:

使用方便,电阻值可在0.1~100kΩ间任意选择,易加工成复杂的形状,可大批量生产;

缺点:

阻值与温度的关系非线性严重;

元件的一致性差,互换性差;

元件易老化,稳定性较差;

除特殊高温热敏电阻外,绝大多数热敏电阻仅适合0~150℃范围,使用时必须注意。

热敏电阻温度阻值转换公式如下:

PTC计算公式:

RT=RT0 expBp(T-T0)

式中RT、RT0表示温度为T、T0时电阻值,Bp为该种材料的材料常数.

NTC计算公式

Rt= RT *EXP(Bn*(1/T-1/T0)

式中RT、RT0分别为温度T、T0时的电阻值,Bn为材料常数.陶瓷晶粒本身由于温度变化而使电阻率发生变化,这是由半导体特性决定的。

安徽天康集团股份有限公司热电阻主要种类
     普通型热电阻WZP系列
从热电阻的测温原理可知,被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的,因此,热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。
     铠装热电阻WZPK系列
铠装热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体,它的外径一般为φ2--φ8mm,最小可达φmm。与普通型热电阻相比,它有下列优点:
1、体积小,内部无空气隙,热惯性上,测量滞后小;
2、机械性能好、耐振,抗冲击;
3、能弯曲,便于安装;
4、使用寿命长。
     端面热电阻WZCM系列
端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制,紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比,能更正确和快速地反映被测端面的实际温度,适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。
     隔爆型热电阻WZP440系列
隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒,把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内,生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于Bla--B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。

热电阻封装分类 编辑

从封装工艺出发,根据现场使用情况大致分为:引线穿瓷管、铠装,不锈钢套管、耐磨套管,聚四氟涂层套管,端面测温封装。

引线穿瓷管这种工艺是将电阻体金属引出线用多芯陶瓷管穿起来起到引线之间隔离的作用,而且陶瓷管耐高温,超过400℃的情况下,几乎没有耐用的导线可以使用,这时可使用这种工艺解决。但这种工艺有一定的弊端,垂直插入的情况下,瓷管本身有一定的重力,电阻体受挤压。尤其在高温条件下,引线软化,瓷管会压迫引线和电阻体焊点,振动或时间长都会导致焊点断裂。

铠装是将铂电阻封装到填充氧化镁粉的铠装线内的工艺,铠装线耐温高,在超过400℃的情况下,几乎没有耐用的导线可以使用,这时如果要求传感器长时间可靠,最好的方法就是使用铠装工艺,且铠装线可以折弯。

不锈钢套管工艺是将电阻体及引线插入不锈钢套管内,套管起保护作用,这种工艺形式是目前最常用的方式。

耐磨套管工艺是在不锈钢套管接触被测介质端接一段耐磨金属管,这种耐磨管由耐磨合金材料组成。当被测介质存在固体颗粒且流速较大时,会对套管产生冲刷作用,如果用普通套管,过段时间套管就会被冲漏或冲断,此时就需要耐磨套管来起到长时间保护作用。

聚四氟涂层套管工艺是在不锈钢套管外侧通过热处理办法涂上一层聚四氟乙烯,这种材质抗腐蚀能力非常强。当被测介质为强酸强碱等强腐蚀性气体或液体时,就需要这种套管进行保护。

端面测温封装工艺是将电阻体在不锈钢或铜套管内部紧贴测温端面进行固定的一种工艺,用来测量被测物表面温度。比如轴承轴瓦端面测温等场合。使用这种封装时如果元件选择铂电阻,那么只能使用薄膜铂电阻,因为它体积小、厚度小。但是最理想的表面测温元件是热电偶。

测温原理
 热电阻的测温原理与热电偶的测温原理不同的是,
热电阻(图3)热电阻(图3)
热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的,即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此,只要测量出感温热电阻的阻值变化,就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。
金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示,即
Rt=Rt0[1+α(t-t0)]
式中,Rt为温度t时的阻值;Rt0为温度t0(通常t0=0℃)时对应电阻值;α为温度系数。
半导体热敏电阻的阻值和温度关系为
Rt=AeB/t
式中Rt为温度为t时的阻值;A、B取决于半导体材料的结构的常数。
相比较而言,热敏电阻的温度系数更大,常温下的电阻值更高(通常在数千欧以上),但互换性较差,非线性严重,测温范围只有-50~300℃左右,大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量,其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠,在程控制中的应用极其广泛。
工业上常用金属热电阻从电阻随温度的变化来看,大部分金属导体都有这个性质,但并不是都能用作测温热电阻,作为热电阻的金属材料一般要求:尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大(在同样灵敏度下减小传感器的尺寸)、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系(最好呈线性关系)。
安徽天康热电阻实际应用
目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜:铂电阻精度高,
热电阻(图4)热电阻(图4)
适用于中性和氧化性介质,稳定性好,具有一定的非线性,温度越高电阻变化率越小;铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系,温度线数大,适用于无腐蚀介质,超过150易被氧化。中国最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等几种,它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000;铜电阻有R0=50Ω和R0=100Ω两种,它们的分度号为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。
接线方式
热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件,
热电阻(图5)热电阻(图5)
通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业园热电阻安装在生产现场,与控制室之间存在一定的距离,因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。
目前热电阻的引线主要有三种方式:
二线制:在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制:这种引线方法很简单,但由于连接导线必然存在引线电阻r,r大小与导线的材质和长度的因素有关,因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合
三线制:在热电阻的根部的一端连接一根引线,另一端连接两根引线的方式称为三线制,这种方式通常与电桥配套使用,可以较好的消除引线电阻的影响,是工业过程控制中的最常用的。
四线制:在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制,其中两根引线为热电阻提供恒定电流I,把R转换成电压信号U,再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响,主要用于高精度的温度检测。
热电阻采用三线制接法。采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻,其连接导线(从热电阻到中控室)也成为桥臂电阻的一部分,这一部分电阻是未知的且随环境温度变化,造成测量误差。采用三线制,将导线一根接到电桥的电源端,其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上,这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。
安装方法
安装要求
    对热电阻的安装,应注意有利于测温准确,安全可靠及维修方便
热电阻(图6)热电阻(图6)
而且不影响设备运行和生产操作。要满足以上要求,在选择对热电阻的安装部位和插入深度时要注意以下几点:
1、为了使热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热交换,应合理选择测点位置,尽量避免在阀门,弯头及管道和设备的死角附近装设热电阻。
2、带有保护套管的热电阻有传热和散热损失,为了减少测量误差,热电偶和热电阻应该有足够的插入深度:
1)对于测量管道中心流体温度的热电阻,一般都应将其测量端插入到管道中心处(垂直安装或倾斜安装)。如被测流体的管道直径是200毫米,那热电阻插入深度应选择100毫米;
2)对于高温高压和高速流体的温度测量(如主蒸汽温度),为了减小保护套对流体的阻力和防止保护套在流体作用下发生断裂,可采取保护管浅插方式或采用热套式热电阻。浅插式的热电阻保护套管,其插入主蒸汽管道的深度应不小于75mm;热套式热电阻的标准插入深度为100mm。
3)假如需要测量是烟道内烟气的温度,尽管烟道直径为4m,热电阻插入深度1m即可。
4)当测量原件插入深度超过1m时,应尽可能垂直安装,或加装支撑架和保护套管。
安装注意
1、热电阻应尽量垂直装在水平或垂直管道上,
热电阻(图7)热电阻(图7)
安装时应有保护套管,以方便检修和更换。
2、测量管道内温度时,元件长度应在管道中心线上(即保护管插入深度应为管径的一半)。
3、温度动圈表安装时,开孔尺寸要合适,安装要美观大方。
4、高温区使用耐高温电缆或耐高温补偿线。
5、要根据不同的温度选择不同的测量元件。一般测量温度小于400℃时选择热电阻。
6、接线要合理美观,表针指示要正确。
主要区别
热电偶与热电阻均属于温度测量中的接触式测温,
热电阻(图8)热电阻(图8)
尽管其作用相同都是测量物体的温度,但是他们的原理与特点却不尽相同。
热电偶是温度测量中应用最广泛的温,他的主要特点就是测温范围宽,性能比较稳定,同时结构简单,动态响应好,更能够远传4-20mA电信号,便于自动控制和集中控制。热电偶的测温原理是基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路,当两个接点处的温度不同时,回路中将产生热电势,这种现象称为热电效应,又称为赛贝尔效应。闭合回路中产生的热电势有两种电势组成;温差电势和接触电势。温差电势是指同一导体的两端因温度不同而产生的电势,不同的导体具有不同的电子密度,所以他们产生的电势也不相同,而接触电势顾名思义就是指两种不同的导体相接触时,因为他们的电子密度不同所以产生一定的电子扩散,当他们达到一定的平衡后所形成的电势,接触电势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及他们接触点的温度。目前国际上应用的热电偶具有一个标准规范,国际上规定热电偶分为八个不同的分度,分别为B,R,S,K,N,E,J和T,其测量温度的最低可测零下270℃,最高可达1800℃,其中B,R,S属于铂系列的热电偶,由于铂属于贵重金属,所以他们又被称为贵贵金属热电偶而剩下的几个则称为廉价金属热电偶。热电偶的结构有两种,普通型和铠装型。普通性热电偶一般由热电极,
热电阻(图9)热电阻(图9)
绝缘管,保护套管和接线盒等部分组成,而铠装型热电偶则是将热电偶丝,绝缘材料和金属保护套管三者组合装配后,经过拉伸加工而成的一种坚实的组合体。但是热电偶的电信号却需要一种特殊的导线来进行传递,这种导线我们称为补偿导线。不同的热电偶需要不同的补偿导线,其主要作用就是与热电偶连接,使热电偶的参比端远离电源,从而使参比端温度稳定。补偿导线又分为补偿型和延长型两种,延长导线的化学成分与被补偿的热电偶相同,但是实际中,延长型的导线也并不是用和热电偶相同材质的金属,一般采用和热电偶具有相同电子密度的导线代替。补偿导线的与热电偶的连线一般都是很明了,热电偶的正极连接补偿导线的红色线,而负极则连接剩下的颜色。一般的补偿导线的材质大部分都采用铜镍合金。
热电阻不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。但是由于他的测温范围使他的应用受到了一定的限制,热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。其优点也很多,也可以远传电信号,灵敏度高,稳定性强,互换性以及准确性都比较好,但是需要电源激励,不能够瞬时测量温度的变化。工业用热电阻一般采用Pt100,Pt10,Cu50,Cu100,铂热电阻的测温的范围一般为零下200-800℃,铜热电阻为零下40到140℃。热电阻和热电偶一样的区分类型,但是他却不需要补偿导线,而且比热电偶便宜。
铂热电阻的安装形式很多,有固定螺纹安装,活动螺纹安装,固定法兰安装,活动法兰安装,活动管接头安装,直行管接头安装等等。
热电阻与热电偶的选择最大的区别就是温度范围的选择,热电阻是测量低温的温度传感器,
热电阻(图10)热电阻(图10)
一般测量温度在-200~800℃,而热电偶是测量中高温的温度传感器,一般测量温度在400~1800℃,在选择时如果测量温度在200℃左右就应该选择热电阻测量,如果测量温度在600℃就应该选择k型热电偶,如果测量温度在1200~1600℃就应该选择S型或者B型热电偶。
热电阻与热电偶相比有以下特点:
1、同样温度下输出信号较大,易于测量。
2、测电阻必须借助外加电源。
3、热电阻感温部分尺寸较大,而热电偶工作端是很小的焊点,因而热电阻测温的反应速度比热电偶慢;
4、同类材料制成的热电阻不如热电偶测温上限高。
热电偶和热电阻区别:
第一、信号的性质,热电阻本身是电阻,温度的变化,
热电阻(图11)热电阻(图11)
使电阻产生正的或者是负的阻值变化;而热电偶是产生感应电压的变化,他随温度的改变而改变..虽然都是接触式测温仪表,但它们的测温范围不同,热电偶使用在温度较高的环境,如铂铑30---铂铑6(B型)测量范围为300度~~1600度,短期可测1800度。S型测一20~~1300(短期1600),K型测一50~~1000,短期1200).XK型一50~~600(800),E型一40~~800(900).还有J型,T型等。这类仪表一般用于500度以上的较高温度,低温区时输出热电势很,当电势小时,对抗干扰措施和二次表和要求很高,否则测量不准,还有,在较低的温度区域,冷端温度的变化和环境温度的变化所引起的相对误差就显得很突出,不易得到全补偿。这时在中低温度时,一般使用热电阻测温范围为一200~~500,甚至还可测更低的温度(如用碳电阻可测到1K左右的低温).现在正常使用铂热电阻Pt100,(也有Pt50、100和50代表热电阻在0度时的阻值。在旧分度号中用BA1,BA2来表示,BA1在0度时阻值为46欧姆,在工业上也有用铜电阻,分度号为CU50和CU100,但测温范围较小,在一50~~150之间,在一些特殊场合还有铟电阻、锰电阻等)。
第二、工作中的现场判断
热电偶有正负极、补偿导线也有正负之分,首先保证连接,配置确.在运行中。常见的有短路,断路,接触不良(有万用表可判断)和变质(根据表面颜色来鉴别)。检查时,要使热电偶与二次表分开,用工具短接二次表上的补偿线,表指示室温再短接热电偶接线端子,表批示热电偶所在的环境温度(不是,补偿线有故障),再用万用表mv档大体估量热电偶的热电势(如正常,请检查工艺)。
热电阻短路和断路用万用表可判断,在运行中,怀疑短路,只要将电阻端拆下一个线头看显示仪表,如到最大,热电阻短路回零,导线短路,保证正常连接和配置时,表值显示低或不稳,保护管可能性进水了显示最大,热电阻断路显示最小短路。
第三、从材料上分,热阻是一种金属材料,具有温度敏感变化的金属材料,热电偶是双金属材料,既两种不同的金属,由于温度的变化,在两个不同金属丝的两端产生电势差。 
       第四、两种传感器检测的温度范围不一样,热阻一般检测0-150度温度范围(当然可以检测负温度),热电偶可检测0-1000度的温度范围(甚至更高)所以,前者是低温检测,后者是高温检测。
    测量方法
热电阻温度计的原理是利用导体或半导体的电阻随温度变化这一特性。
热电阻(图12)热电阻(图12)
热电阻温度计的主要优点有:测量精度高,复现性好;有较大的测量范围,尤其是在低温方面;易于使用在自动测量中,也便于远距离测量。同样,热电阻也有缺陷,在高温(大于850℃)测量中准确性不好;易于氧化和不耐腐蚀。
目前,用于热电阻的材料主要有铂、铜、镍等,采用这些材料主要是它们在常用温度段的温度与电阻的比值是线性关系,我们这里主要介绍铂电阻温度计。
铂是一种贵金属,它的物理化学性能很稳定,尤其是耐氧化能力很强,它易于提纯,有良好的工艺性,可以制成极细的铂丝,与铜,镍等金属相比,有较高的电阻率,复现性高,是一种比较理想的热电阻材料,缺点是电阻温度系数较小,在还原介质中工作易变脆,价格也较贵。铂的纯度通常用电阻比来表示: W(100)=R100/R0
R100表示100℃时的电阻值;R0表示0℃时的电阻值
根据IEC标准,采用W(100)=1.3850 初始电阻值为R0=100Ω(R0=10Ω)的铂电阻为工业用标准铂电阻,R0=10Ω的铂电阻温度计的阻丝较粗,主要应用于测量600℃以上的温度。铂电阻的电阻与温度方程为一分段方程:
Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100℃)t3] t 表示在-200~0℃
Rt=R0(1+At+Bt2) t表示在0~850℃
解此方程,则可根据电阻值已知温度值,但实际工作中,可以查热电阻分度表来根据电阻值确定温度值。
根据标准规定,铂热电阻分为A级和B级,A级测温允许误差±(0.15℃+0.002|t|), B级测温允许误差±(0.3℃+0.005|t|)。
现场使用的热电阻一般都是铠装热电阻,它是由热电阻体、绝缘材料、保护管组成,热电阻体和保护管焊接一起,中间填充绝缘材料,这样能够很好的保护热电阻体,耐冲击,耐震,耐腐蚀。
三线制铂热电阻测量方法:
铂热电阻有两线制,三线制,四线制几种,两线制在测量中误差较大,已不使用,现在工业用一般是三线制的,实验室用一般为四线制。这里主要介绍下三线制铂热电阻的接线。三线制铂热电阻是在电阻的a端并联一个c端,从而实现电阻引出a,b,c三个接线端子,这样,由b导线引入的测量导线本身的电阻,可以由c导线来补偿,使引线电阻不随温度变化而引入的引线电阻误差的影响减小很多。三线制铂热电阻,在二次仪表中,均有可变阻值的电桥,根据所配合的铂热电阻的量程不同,可以对二次仪表的电桥中的铂热电阻进行微调,能进行更精确的测量。
热电阻温度计分度新方法:
工业铂电阻温度计是一种被广泛使用的测温仪器。长期以来,国内外相关标准或技术规范中普遍采用CVD方程的计算方法对其进行检定分度。但采用CVD方程检定分度的工业铂电阻温度计准确度不高、稳定性低、不确定度较大,无法作为传递标准使用。
为此,多数工业测温领域或要求不高的实验室只能采用精度较高的标准铂电阻温度计作为溯源传递标准,但实际工业测温领域由于各种条件限制,标准铂电阻温度计无法使用,使得温度量值传递和溯源在这些地方无法实现,不能开展实际的计量校准工作。
对工业铂热电阻温度计进行检定分度的可行性,并与普遍采用的CVD方程给出的温度—电阻关系计算结果相比较,进而给出二者存在的差异,探讨建立精密工业铂电阻温度计作为传递标准的途径与方法。通过对不同型号、不同厂家制造的多支工业铂热电阻在不同温区分别开展研究和分析,给出每支温度计的实验结果、数据曲线及采用两种不同方法分度所引起的测量误差。
实验证明,ITS-1990国际温标的内插方法用于工业铂热电阻温度计是可行的,与CVD方程用于工业铂电阻检定分度的计算方法相比,具有较好的准确性和一致性。此前,意大利和加拿大的国家计量技术机构进行了采用国际温标内插公式研究工业铂电阻分度方法的工作。
提高工业电阻测温准确性和稳定性的传统手段都在元件纯度、封装技术、制作流程上下功夫;则从计算方法上给出了新思路,为精密铂电阻和工业铂电阻在温度量值传递和溯源体系的完善奠定了基础,可广泛应用于工业铂电阻的测温领域。

影响测量的因素

插入深度
热电阻测温点的选择是最重要的。测温点的位置,对于生产工艺过程而言,一定要具有典型性、代表性,否则将失去测量与控制的意义。热电偶插入被测场所时,沿着传感器的长度方向将产生热流。当环境温度低时就会有热损失。致使热电偶温度传感器与被测对象的温度不一致而产生测温误差。总之,由热传导而引起的误差,与插入深度有关。而插入深度又与保护管材质有关。金属保护管因其导热性能好,其插入深度应该深一些,陶瓷材料绝热性能好,可插入浅一些。对于工程测温,其插入深度还与测量对象是静止或流动等状态有关,如流动的液体或高速气流温度的测量,将不受上述限制,插入深度可以浅一些,具体数值应由实验确定。
响应时间
接触法测温的基本原理是测温元件要与被测对象达到热平衡。因此,在测温时需要保持一定时间,才能使两者达到热平衡。而保持时间的长短,同测温元件的热响应时间有关。而热响应时间主要取决于传感器的结构及测量条件,差别极大。对于气体介质,尤其是静止气体,至少应保持30min以上才能达到平衡;对于液体而言,最快也要在5min以上。对于温度不断变化的被测场所,尤其是瞬间变化过程,全过程仅1秒钟,则要求传感器的响应时间在毫秒级。因此,普通的温度传感器不仅跟不上被测对象的温度变化速度出现滞后,而且也会因达不到热平衡而产生测量误差。最好选择响应快的传感器。对热电偶而言除保护管影响外,热电偶的测量端直径也是其主要因素,即偶丝越细,测量端直径越小,其热响应时间越短。
热阻抗增加
在高温下使用的热电阻温度传感器,如果被测介质为气态,那么保护管表面沉积的灰尘等将烧熔在表面上,使保护管的热阻抗增大;如果被测介质是熔体,在使用过程中将有炉渣沉积,不仅增加了热电偶的响应时间,而且还使指示温度偏低。因此,除了定期检定外,为了减少误差,经常抽检也是必要的。例如,进口铜熔炼炉,不仅安装有连续测温热电偶温度传感器,还配备消耗型热电偶测温装置,用于及时校准连续测温用热电偶的准确度。
热辐射
插入炉内用于测温的热电阻温度传感器,将被高温物体发出的热辐射加热。假定炉内气体是透明的,而且,热电偶与炉壁的温差较大时,将因能量交换而产生测温误差。一般情况下,为了减少热辐射误差,应增大热传导,并使炉壁温度尽可能接近热电偶的温度。另外,热电偶安装位置,应尽可能避开从固体发出的热辐射,使其不能辐射到热电偶表面;热电偶最好带有热辐射遮蔽套。
以上就是影响热电偶温度传感器测量的四个因素,在使用的时候我们应当注意,根据实际情况,保证最佳的测量的效果。
以上是安徽天康集团股份有限公司对热电阻所做的全方位的总结概述,欢迎广大技术专家对此做补充或者指出有误的地方,安徽天康热忱欢迎选购本公司热电阻产品。

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