热电偶/测温电阻体的测温原理

PT100热阻/热电偶、双金属温度计

热电偶的测温原理

热电偶是温度测量仪常用的测温元件，从两种不同成分的导体的两端接合电路时，如果两接合点的热电偶的温度不同，则在电路内产生热电流。 如果热电偶的工作端和参照端存在温度差，则显示器会显示与热电偶产生的热电势对应的温度值。 热电偶的热电热随着测量端的温度升高而增加，其大小仅与热电偶的材料和两端的温度有关，与热电偶的长度、直径无关。 各种热电偶的外形因需求而异，但基本结构基本相同，通常由热电极、绝缘盖保护管和端子箱等主要部分构成，通常与显示仪表、记录仪表和电子调节器组合使用。

优势包括:

①测量精度高。 由于热电偶直接与被测对象接触，因此不受中间介质的影响。 ②测量范围广。 通常的热电偶可以从-50"+1600℃开始连续测量，特定的特殊热电偶zui可以测量到-269℃(例如，金铁镍钴合金)，zui可以测量到+2800℃(例如，钨-铼)。 ③结构简单，使用方便。

热电偶通常由两种不同的电线组成，且不受大小和开头限制，外面有保护套，使用方便。

1 .热电偶的种类和结构形成

(1)热电偶的种类

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两类。 调用的标准热电偶是指国家标准规定了热电势与温度的关系、允许误差、统一的标准尺度的热电偶，有与其配套的显示器。 未标准化的热电偶不及使用范围或数量级标准化的热电偶，一般也没有统一的标度表，主要用于特殊情况下的测量。 标准化热电偶我国自1988年1月1日起，热电偶和热阻均按IEC国际标准生产，将s、b、e、k、r、j、t 7种标准化热电偶指定为中国统一设计型热电偶。

2 .热电偶冷端的温度补偿

由于热电偶的材料一般很贵重(特别是采用贵金属时)，因此从测温点到仪表的距离较远，为了节约热电偶材料、降低成本，通常使用补偿导线将热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室，并与仪表端子连接。 必须指出，热电偶补偿导线的作用只是将热电偶的冷端子移动到控制室的仪表端子，不能消除冷端子的温度变化对测温的影响，不能进行补偿。 因此，为了补偿冷却温度t0&ne，还需要其他修正方法，对0℃下的测温产生影响。 使用热电偶补偿导线时，要注意形式一致，不能搞错极性，补偿导线和热电偶连接端的温度不得超过100℃。

(3)热电偶的结构形式

为了确保热电偶可靠稳定地工作，其结构要求如下

1补偿导线与热电偶自由端的连接应简单可靠，双保护套应保证热电极与有害介质充分隔离。 3构成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固，四个热电极必须相互绝缘，防止短路

3 .热电偶测温的基本原理

焊接两种不同材料的导体或半导体a和b，构成图2-1-1所示的闭环。 当导体a和b的两个执着点1和2之间存在温度差时，在两者之间产生电动势，在电路中产生大电流的现象被称为热电效应。 热电偶利用这个效果发挥作用。

测温电阻体的测温原理

在工业应用中，热电偶一般适于测量500℃以上的高温。 在500℃以下的中低温度下，热电偶的输出热电势小，二次计的放大器、抗噪声对策等要求高，否则测定变得困难，并且，在比较低的温度区域，由冷端温度的变化引起的相对误差也非常显着。 因此，测量过程中，低温度一般使用测温电阻温度计是合适的。

1 .测温电阻体的测温原理与热电偶的测温原理不同的是，测温电阻体根据电阻体的热效应进行温度测量，即电阻体的电阻值随温度的变化而变化的特性。 因此，只要测量热敏电阻的电阻值变化，就可以测量温度。 目前主要有金属测温电阻体和半导体测温电阻体两种。 金属热电阻体电阻值和温度为Rt=Rt0[1+&alpha； ( t-t0)]式中，Rt为温度t时电阻值Rt0为温度t0 (通常t0=0℃)时的对应电阻值&alpha； 是温度系数。 半导体热敏电阻的电阻值和温度关系取决于Rt=AeB/t式中Rt为温度t时的电阻值a、b是半导体材料的结构的常数。 与此相比，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高(通常数千欧元以上)，但互换性差，非线性严重，测温范围为-50~300℃左右，多用于家电和汽车用的温度检测和控制。 金属热阻一般应用于-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，在过程控制中应用极为广泛。

2、热阻的结构形式类似于热电偶温度传感器，工业上常用的热阻主要有普通的组装式热阻和护套热阻两种类型。 一般的组装式热电阻由感温体、有锈钢的外保护管、端子箱以及各种用途的固定装置构成，安装固定装置有固定外螺纹、可动法兰、固定法兰和带固定螺栓的锥形保护管等形式。 套管测温电阻外保护套采用不锈钢，填充高密度氧化物绝缘体，具有较强的抗污染性能和优异的机械强度。 与前者相比，护套热阻具有直径小、易弯曲、抗震性好、热响应时间快、寿命长的优点。 对于一些特殊测温，可以选择一些专业的测温电阻体。 例如，测量固体表面温度时可选择端面电阻体，容易燃烧时可选择防爆型的测温电阻体，测量振动设备的温度时可选择具有防振结构的测温电阻体。 　

3、测温电阻体的信号连接方式测温电阻体是将温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要将电阻信号通过导线传递给计算机控制装置或其他一次仪表。 工业热电阻安装在生产现场，与控制室之间有一定的距离，热电阻引线对测量结果有很大影响。 现在，测温电阻体的导线主要有3种方式○1二线方式:将在测温电阻体的两端分别连接1根导线来引出电阻信号的方式称为二线方式:该导线方式简单，但是连接导线必须存在导线电阻r，r的大小与导线的材质和长度的要素有关 该导线方式仅适用于测量精度低的情况○2三线方式:将一根导线连接在测温电阻体的根部的一端，将两根导线连接在另外一端的方式称为三线制，该方式通常与桥组合使用，能够很好地消除导线电阻的影响，工业过程控制中的zuu ○3四线式:在热电阻体根部的两端各连接2根导线的方式称为四线式，其中2根导线向热电阻体供给恒定电流I，将r转换为电压信号u，用另外2根导线将u导入二次计。 该引线方式可完全消除引线电阻的影响，可知主要用于高精度的温度检测。

4、工业上常用的金属热电阻体，从电阻的温度变化来看，几乎所有的金属导体都具有这种性质，但并不能作为测热电阻体使用。 作为热电阻体的金属材料，一般具有尽可能大、稳定的温度系数、电阻率大(以相同的灵敏度减小传感器的尺寸)、在使用的温度范围内具有稳定的化学物性、材料的转印性良好、电阻值对应于温度变化而具有之间的值的函数关系( zui具有线性关系) 目前应用zui的广泛热阻材料是铂和铜:铂的电阻精度高，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的铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，适用于温度线数越大、无腐蚀的介质，容易氧化超过150 中国zui常用的是R0=10&Omega，R0=100&Omega； 和R0=1000&Omega； 还有一些其他的。 这些索引号分别为Pt10、Pt100、Pt1000。铜电阻为R0=50&Omega； 和R0=100&Omega； 两种情况下，这些索引号是Cu50和Cu100。 其中Pt100和Cu50的应用zui广泛。

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