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溫度傳感器的工作原理

2012年06月02日 15:22:18人氣：494來源：西安新敏電子科技有限公司

熱電阻與熱電偶的選擇zui大的區(qū)別就是溫度范圍的選擇，熱電阻是測量低溫的溫度傳感器，一般測量溫度在-200~800℃，而熱電偶是測量中高溫的溫度傳感器，一般測量溫度在400~1800℃，在選擇時如果測量溫度在200℃左右就應(yīng)該選擇熱電阻測量，如果測量溫度在600℃就應(yīng)該選擇K型熱電偶，如果測量溫度在1200~1600℃就應(yīng)該選擇S型或者B型熱電偶。

1. 熱電偶工作原理

2. 將兩種不同的金屬導(dǎo)體焊接在一起，構(gòu)成閉合回路，如在焊接端（即測量端）加熱產(chǎn)生溫差，則在回路中就會產(chǎn)生熱電動勢，此種現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)（Seebeck-effect）。如將另一端（即參考端）溫度保持一定（一般為0℃），那么回路的熱電動勢則變成測量端溫度的單值函數(shù)。這種以測量熱電動勢的方法來測量溫度的元件，即兩種成對的金屬導(dǎo)體，稱為熱電偶。熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢，其大小僅與熱電極材料及兩端溫差有關(guān)，與熱電極長度、直徑無關(guān)。

2. 熱電阻工作原理

工業(yè)用熱電阻分鉑熱電阻和銅熱電阻兩大類。
熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時自身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來測量溫度的。熱電阻的受熱部份（感溫元件）是用細(xì)金屬絲均勻地雙繞在絕緣材料制成的骨架上。當(dāng)被測介質(zhì)中有溫度發(fā)生變化時，所測得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)中的平均溫度。

3.熱電偶、熱電阻特點

熱電偶

熱電阻

熱電偶同其它種溫度計相比具有如下特點：
a、優(yōu)點
·熱電偶可將溫度量轉(zhuǎn)換成電量進行檢測，對于溫度的測量、控制，以及對溫度信號的放大、變換等都很方便，
·結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，
·價格便宜，
·惰性小，
·準(zhǔn)確度高，
·測溫范圍廣，
·能適應(yīng)各種測量對象的要求（特定部位或狹小場所），如點溫和面溫的測量，
·適于遠(yuǎn)距離測量和控制。
b、缺點
·測量準(zhǔn)確度難以超過0.2℃，
·必須有參考端，并且溫度要保持恒定。
·在高溫或長期使用時，因受被測介質(zhì)影響或氣氛腐蝕作用（如氧化、還原）等而發(fā)生劣化。

熱電阻同其它種溫度計相比具有如下特點：
a、優(yōu)點
·準(zhǔn)確度高。在所有常用溫度計中，準(zhǔn)確度zui高，可達1mk。
·輸出信號大，靈敏度高。如在0℃用Pt100鉑熱電阻測溫，當(dāng)溫度變化1℃時，其電阻值約變化0.4Ω，如果通過電流為2mA，則其電壓輸出量變化為800μV。在相同條件下，即使靈敏度比較高的K型熱電偶，其熱電動勢變化也只有40μV左右。由此可見，熱電阻的靈敏度較熱電偶高一個數(shù)量級。
·測溫范圍廣，穩(wěn)定性好。在振動小而適宜的環(huán)境下，可在很長時間內(nèi)保持0.1℃以下的穩(wěn)定性。
·無需參考點。溫度值可由測得的電阻值直接求出。
·輸出線性好。只用簡單的輔助回路就能得到線性輸出，顯示儀表可均勻刻度。
b、缺點
·采用細(xì)金屬絲的熱電阻元件抗機械沖擊與振動性能差。
·元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難大，尺寸較大，因此，熱響應(yīng)時間長。·不適宜測量體積狹小和溫度瞬變區(qū)域。

熱電偶、熱電阻通用要求
4. 溫度測量范圍和允許誤差

熱電偶名稱	型號	分度號	允差等級	測量范圍（℃）	允差（參考端為0℃）
鉑銠30-鉑銠6	WRB （WRR）	B	2級	600～1700	±0.0025∣t∣
			3級	600～800	±4℃
				800～1700	±0.005∣t∣
鉑銠10-鉑	WRS （WRP）	S	2級	0～600	±1.5℃
				600～1600	±0.0025∣t∣
鉑銠13-鉑	WRR （WRQ）	R	2級	0～600	±1.5℃
				600～1600	±0.0025∣t∣
鎳鉻-鎳硅	WRK （WRN）	K	2級	-40～333	±2.5℃
				333～1200	±0.0075∣t∣
鎳鉻-銅鎳	WRE	E	2級	-40～333	±2.5℃
				333～900	±0.0075∣t∣
銅-銅鎳	WRT （WRC）	T	2級	-40～133	±1℃
				133～350	±0.0075∣t∣
鐵-銅鎳	WRJ （WRF）	J	2級	-40～+333	±2.5℃
				333～750	±0.0075∣t∣
鎳鉻硅-鎳硅鎂	WRN （WRM）	N	2級	-40～333	±2.5℃
				333～1200	±0.0075∣t∣
鎢錸3-鎢錸25	WRW3	WRe3- WRe25 （W3、D）		200～2000	±1.0%∣t∣
鎢錸5-鎢錸26	WRW5	WRe5- WRe25 （W5、C）		200～2000	±1.0%∣t∣
鉑熱電阻	WZP	Pt100	A	-200～420	±（0.15+0.002∣t∣）
			B		±（0.30+0.005∣t∣）
銅熱電阻	WZC	Cu50		-50～150	±（0.30+0.006∣t∣）

注：“t”為實際測量溫度。除熱電偶2級，熱電阻B級允差外的其它產(chǎn)品，需協(xié)議定貨。
允差執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：
熱電偶GB/T16839.2—1999JB/T 9497-2002（鎢錸熱電偶）；
鉑熱電阻；JB/T8622-1997；銅熱電阻JB/T8623-1997；
分度號：D.C為美國ASTM標(biāo)志。

5.熱響應(yīng)時間

在溫度出現(xiàn)階躍變化時，熱電偶或熱電阻的輸出變化至相當(dāng)于該階躍變化的50%所需要的時間，稱為熱響應(yīng)時間。用t0.5表示。

6.公稱壓力

一般是指在工作溫度下，保護管所能承受的靜態(tài)外壓而不破裂。實際上，容許工作壓力不僅與保護管材料、直徑、壁厚有關(guān)，而且還與其結(jié)構(gòu)、安裝方法、置入深度以及被測介質(zhì)的流速和種類有關(guān)。

7. 置入深度

●熱電偶zui小置入深度

對陶瓷保護管而言，應(yīng)不小于保護管直徑的10～15倍；
對金屬及合金保護管，應(yīng)大于保護管直徑的15～20倍。

8.熱電阻zui小置入深度

lmin = ln+15D
lmin—zui小可用置入深度
ln — 感溫元件長度
D — 保護管外徑

□ 絕緣電阻

●裝配式熱電偶絕緣電阻

常溫絕緣電阻

常溫絕緣電阻的試驗電壓為直流500±50V，測量常溫絕緣電阻的大氣條件為：溫度15～35℃，相對濕度45%RH，大氣壓力86～106kPa。熱電偶在該條件下放置時間不小于2小時。
a．對于長度超過1米的熱電偶，它的常溫絕緣電阻值與其長度的乘積應(yīng)不小于100MW·m。
即：Rr·L ≥100MW·mL ≥1m
式中：Rr— 熱電偶的常溫絕緣電阻值，MW
L — 熱電偶的長度，m
b．對于長度等于或不足1m的熱電偶，它的常溫絕緣電阻值應(yīng)不小于100MW。

上限溫度絕緣電阻

熱電偶的上限溫度絕緣電阻值應(yīng)不小于下表規(guī)定：

上限溫度tm （℃）	試驗溫度t （℃）	電阻值MΩ
100≤tm＜300	t= tm	10
300≤tm＜500	t= tm	2
500≤tm＜850	t= tm	0.5
850≤tm＜1000	t= tm	0.08
1000≤tm＜1300	t= tm	0.02
tm≥1300	t= 1300	0.02

●鎧裝式熱電偶的絕緣電阻

鎧裝偶直徑 mm	試驗電壓 V-dC	絕緣電阻 MW·m
1.5	50±5	≥1000
＞1.5	500±50	≥1000

●熱電阻絕緣電阻
常溫絕緣電阻的試驗電壓可取直流10～100V任意值，環(huán)境溫度在15～35℃范圍內(nèi)，相對濕度應(yīng)不大于80%RH。常溫絕緣電阻值應(yīng)不小于100 MW。

關(guān)鍵詞：熱電阻熱電偶溫度傳感器顯示儀表絕緣電阻

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