热阻和热电偶的分类及基本概念

热电阻和热电偶的分类和基本概念点击次数: 76发表时间: 2009-11-19 19:06:48

一、温度测量的基本概念

温度是表示物体冷热程度的物理量。">

华氏温度标准( oF )在标准大气压下，冰的熔点分为32度，水的沸点分为212度，中间分为180等分，第一次规定为新闻氏1度，符号为off。

摄氏温度(℃)在标准大气压下，冰的熔点分为0度，水的沸点分为100度，中间分为100等分，第1分为报纸氏1度，符号规定为℃。

热力学温度坐标也称为开尔文温度坐标，或者也称为温度坐标，将分子运动停止时的温度规定为零度，将记号规定为k。 国际实用温度标准是国际协议性温度标准，接近热力学温度标准，再现精度高，使用方便。 目前，国际共同的温度标准是国际温度标准ITS-90。 国际温度标准( ITS-90 )介绍如下。

温度单位热力学温度(符号t )是基本功能的物理量，其单位为开尔文(符号k )，定义为水三相点的热力学温度的1/273.16。 在以往的温度基准的定义中，使用与273.15K (冰点以下)之间的差来表现温度，因此现在该方法还存在。 根据定义，摄氏的大小和开尔文一样，温度差也可以用摄氏和开尔文来表示。 国际温度标准ITS-90定义了国际开尔文温度(符号T90 )和国际摄氏温度(符号T90 )的国际温度标准ITS-90的通则ITS-90从0.65K向普朗克辐射法则通过单色辐射实际可测定的zui高温度。 ITS-90被设定为，在整个范围内，任何温度的T90值都非常接近采用温度坐标时t的zui佳推定值，与直接测定热力学温度相比，T90的测定非常方便，且具有精密、高的再现性。 ITS-90的定义*温度区域在0.65K到5.00K之间，T90由3He和4hh的蒸气压和温度的关系式定义。 第二温区在3.0K到氖三相点( 24.5661K )之间的T90由氦气温度计定义。 第三温区从平衡氢三相点( 13.8033K )到银的凝固点( 961.78℃)之间，T90由铂电阻温度计定义。

二、温度测量仪器的分类

温度测量仪器根据测温方式大致分为接触式和非接触式。 接触式测温计的测温计较简单、可靠、测量精度高，但测温元件和被测介质需要充分的热交换，达到热平衡需要时间，因此在存在测温延迟现象的同时，受高温材料的限制，不能应用于高温测量。 非接触式仪表测温是以热辐射的原理来测量温度的，测温元件不需要与被测介质接触，测温范围广，没有测温上限的限制，没有破坏被测物体的温度场，反应速度一般也较快，但受物体发射率、测距、烟尘、水分等外在因素的影响，测量误差较大。

三、热电偶和热电阻

接触式温度测量仪的热电偶和热阻是工业上常用于zui的温度检测元件。

(1)热电偶

1、热电偶的特点是

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。 测量范围广。 通常的热电偶可以从-50~+1600℃连续测量，特定的特殊热电偶zui可以测量到-269℃(例如铁镍铬合金)，zui可以测量到+2800℃(例如钨-铼)。 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。 2 .热电偶的测量原理

热电偶是将温度信号转换成热电势信号的感温元件，通过电气测量仪的组合，可以测量所测量的温度。 热电偶测温的基本原理是热电效应。 在由两种不同材料的导体a和b构成的闭合电路中，当a和b两个接点处于不同的温度t和To时，在电路中产生热电势。 这就是塞贝克效应。 导体a和b称为热电极。 温度高的一端( T >； 称为工件(通常焊接)温度低的一端( To >； 我们称之为自由端，选择。 根据热电势与温度函数的关系。 可以创建热电偶索引表。 索引表是在自由端温度To=00C的条件下得到的。 不同的热电偶有不同的刻度表。 在热电偶电路中插入第三金属材料的情况下，如果该材料的两个接点的温度相同，则热电偶产生的热电势不变化，即不受第三金属访问电路的影响。 因此，测温热电偶时，如果访问测量仪器，测量热电势，则可以知道被测量介质的温度。

3 .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。 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。

(2)热电偶的材料

理论上，任何两种导体都可以制造热电偶，但实际上并非所有材料都能制造热电偶，因此热电极材料必须满足以下要求

热电偶材料受到温度作用会产生较高的热电势，热电势与温度的关系zui优选呈线性或近似线性的一值函数关系，测量出较高的温度，可在较宽的温度范围内应用，长期使用后，物理、化学性能及热电特性稳定材料的电阻温度系数较小， 电阻率高，导电性能好，要求热容量小重现性好，易于大量生产和更换，易于制定统一分度表，机械性能好，材质均匀，资源丰富，价格低廉。 (3)为了保证热电偶可靠且稳定地工作，热电偶结构中①构成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固②两个热电极相互绝缘，必须防止短路③补偿导线与热电偶自由端的连接必须简单可靠④保护

4 .热电偶的分度代号

标准化热电偶是按照IEC国际标准生产的。 热电偶的分度代号主要有s、r、b、n、k、e、j、t等几种。 其中，s、r、b属于贵金属热电偶，n、k、e、j、t属于贱金属热电偶.

s标号的特点是抗氧化性能强，应在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度为1400℃、短期1600℃。 在所有的热电偶中，s索引号的温度等级zui高，通常作为标准热电偶使用的r索引号与s索引号相比热电动势大15%左右，其他性能大致相同的b索引号在室温下热电动势极小，因此在测定时不需要补偿引线。 其长期使用温度为1600℃、短期1800℃。 可在氧化性或中性气氛下使用，也可在真空条件下短期使用。 n索引号的特点是1300℃时高温抗氧化能力强，热电动势的长期稳定性和短期热循环的再现性好，耐核辐射和耐低温性能好，可部分替代s索引号热电偶的k索引号的特点是抗氧化性能强，应在氧化性、惰性气氛中连续使用 所有热电偶都广泛使用zui。e索引号的特征是常用热电偶中热电动势zui大，即灵敏度zui高。 优选在氧化性、惰性气氛中连续使用，使用温度为0-800℃； $$vme J索引号的特征在于，可用于氧化性气氛(使用温度上限750℃)和还原性气氛(使用温度上限950℃)，并且H2和CO气体的耐腐蚀性强，多用于精油和化学工业的t索引号的特征在于，所有廉价的金属热电偶中等程度zui高，通常

5 .热电偶冷侧的温度补偿

热电偶的材料一般是贵重的(特别是在采用贵金属的情况下)，为了从测温点到仪表的距离远，节约热电偶材料并降低成本，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，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℃。

冷温度补偿器的形式与热电偶的形式一致，根据必须在规定的温度范围内使用的冷温度补偿器与热电偶连接时不得不错过极性的补偿器的平衡点温度来调整仪表的开始点，在具有指示平衡点温度的自动补偿机构的显示仪表上不安装补偿器的补偿器必须定期检查检定。 其主要特点是测量精度高，性能稳定。 其中铂热的电阻测度zui高，不仅在工业测温中，在标准标准仪器中也得到了广泛应用。

1 .测温电阻体的测温原理和材料

测温电阻体是利用金属导体或半导体有温度变化时其自身的电阻变化的特性来测定温度的，测温电阻体的受热部(感温元件)可以均匀地卷绕在用细金属丝制成的绝缘材料制成的骨架上，也可以通过激光溅射法形成在基板上。 在被检测介质具有温度梯度情况下，测定温度是温感元件存在范围的电介质层的平均温度. 热电阻几乎都是纯金属材料制成的，现在大多使用zui的是铂和铜，除此之外，现在还开始用中值、镍、锰和铑等材料制造热电阻。

2 .热阻的结构

(1)护套测温电阻体是由感温元件(电阻体)、导线、绝缘材料、不锈钢套筒组合而成的坚固的体，其外径一般为&phi； 2~&phi； 8毫米。 与典型的热电阻器相比，它具有以下优点

体积小，内部无气隙，热惯性方面，测量滞后小的机械性能好，抗振动性强，耐冲击性强，安装方便，使用寿命长。 (2)端面热阻端面热阻感温元件用特殊处理过的电阻线材卷绕，与温度计端面紧密接触。 这与一般的轴向热电阻体相比，能够更准确且迅速地反映被测量端面的实际温度，适用于测量金属和其他工件的端面温度。 (3)隔爆型热电阻隔耐压测温电阻体可用于区域内有爆炸危险的场所的温度测量。 隔爆型热电阻体通过特殊结构的端子箱，将其壳体内部的爆炸性混合气体因火花和电弧等的影响而产生的爆炸封闭在端子箱内，在生产现场不会引起爆炸。

3 .测温电阻体系统的构成

测温电阻体系统一般由测温电阻体、连接线、显示器等构成。 根据测温电阻体的测温原理，由于被测温温度的变化直接通过测温电阻体的电阻值的变化来测定，因此测温电阻体的引线等各种线电阻的变化对温度测定产生影响，引起连接线电阻的变化的主要是引线长度的变化、引线端子处的接触电阻的变化、再布线引起的电阻的变化、以及环境温度的变化

测温电阻体的引出线方式有2线式、3线式、4线式3种。

双线式热电阻接线简单，但需要导线电阻附加误差。 因此，无法制造a级精度的热阻，请勿长时间使用导线或导线。 3线式可消除导线电阻的影响，测量精度高于2线式。 zui作为过程检测元件被广泛应用。 4线式不仅可以消除引线电阻的影响，连接引线的电阻值相同时，也可以消除该电阻的影响。 高精度测量采用四线制。 (3)热电偶和热电阻的选择方法

选择热电偶和热电阻应考虑以下几点:

根据测温范围的选择，在500℃以上选择热电偶，在500℃以下选择热电阻是一般的基于测定精度的选择:选择精度要求高的热电阻，根据选择精度要求低的热电偶的测定范围进行选择:热电偶测定的一般的手指&ldquo； 点&rdquo； 温度、测温电阻体测量一般为空间平均温度。 [打印][返回顶部][关李志强]