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    各類溫度傳感器的原理,測量范圍和優缺點比較

    日期:2020-08-24 13:22
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    摘要:

    各類溫度傳感器的原理,測量范圍和優缺點比較
    一、熱電偶測量溫度的應用原理:
        熱電偶是工業上*常用的溫度檢測元件之一。其優點是:
            ①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸,不受中間介質的影響。
            ②測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續測量,某些特殊熱電偶*低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻),*高可達+2800℃(如鎢-錸)。
            ③構造簡單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限制,外有保護套管,用起來非常方便。
        1.熱電偶測溫基本原理:
            將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來,構成一個閉合回路。當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時,兩者之間便產生電動勢,因而在回路中形成一定大小的電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。i¥
        2.熱電偶的種類及結構形成:
            (1)熱電偶的種類:
            常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所謂標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶,它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準化熱電偶,一般也沒有統一的分度表,主要用于某些特殊場合的測量。
            我國從1988年1月1日起,熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標準生產,并指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為我國統一設計型熱電偶。上海佳實牌水分測定儀
            (2)熱電偶的結構形式:
               為了保證熱電偶可靠、穩定地工作,對它的結構要求如下
                ① 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固;
                ② 兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣,以防短路;
                ③ 補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠;
                ④ 保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。
            3.熱電偶冷端的溫度補償:
            由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時),而測溫點到儀表的距離都很遠,為了節省熱電偶材料,降低成本,通常采用補償導線把熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩定的控制室內,連接到儀表端子上。必須指出,熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極,使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上,它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響,不起補償作用。因此,還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。
                在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配,極性不能接錯,補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。各類溫度傳感器的原理,測量范圍和優缺點比較

    二、熱電阻的應用原理:
               熱電阻是中低溫區*常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高,性能穩定。其中鉑熱電阻的測量**度是*高的,它不僅廣泛應用于工業測溫,而且被制成標準的基準儀。
        1.熱電阻測溫原理及材料:
               熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成,目前應用*多的是鉑和銅,此外,現在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。
        2.熱電阻的結構:
            (1)精通型熱電阻:
                從熱電阻的測溫原理可知,被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的,因此,熱電阻體的引出線等各種導線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制的方式。

            (2)鎧裝熱電阻:
                鎧裝熱電阻是由感溫元件(電阻體)、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實體,它的外徑一般為φ2~φ8mm,*小可達φmm。與普通型熱電阻相比,它有下列優點:
    ①      體積小,內部無空氣隙,熱慣性上,測量滯后小;
    ②      機械性能好、耐振,抗沖擊;
    ③能彎曲,便于安裝;
    ④使用壽命長。
    (3)端面熱電阻:
                端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制,緊貼在溫度計端面。它與一般軸向熱電阻相比,能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度,適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。
             (4)隔爆型熱電阻:
                 隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒,把其外殼內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發生的爆炸局限在接線盒內,生產現場不會引起爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla~B3c級區內具有爆炸危險場所的溫度測量。
        3.熱電阻測溫系統的組成:
            熱電阻測溫系統一般由熱電阻、連接導線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點:
                 ①熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致
                 ②為了消除連接導線電阻變化的影響,必須采用三線制接法
    三、各種溫度傳感器的測量范圍和優缺點:
    S 型熱電偶:
    鉑銠10-鉑熱電偶
    溫度范圍:0~1600℃;
    舊分度號:LB-3
    優點:
    1.耐熱性、安定性、再現性良好及較優越的**度;
    3.耐氧化、耐腐濁性良好;
    3.可以做為標準使用。
    缺點:
    1.熱電動勢值小;
    2.在還元性氣體環境較脆弱(特別是氫、金屬蒸氣);
    3.補償導線誤差大;
    4.價格高昂。
    R 型熱電偶
    鉑銠13-鉑熱電偶¥
    溫度范圍:0~1600℃
    優點:
    1.耐熱性、安定性、再現性良好及較優越的**度;
    3.耐氧化、耐腐濁性良好;
    3.可以做為標準使用。
    缺點:É
    1.熱電動勢值小;
    2.在還元性氣體環境較脆弱(特別是氫、金屬蒸氣);¥
    3.補償導線誤差大;É¥
    4.價格高昂。

    B型熱電偶:
    鉑銠30-鉑銠6 熱電偶¥
    溫度范圍:600~1800℃;
    舊分度號:LL-2É
    自由端在0~50℃內可以不用補償導線
    優點:
    1.適用1000℃以上*1800℃;
    2.在常溫環境下熱電動勢非常小,不需補償導線;
    3.耐氧化、耐腐濁性良好;
    4.耐熱性與機械強度較R型優良。
    缺點:
    1.在中低溫域之熱電動勢極小,600℃以下測定溫度不準確;
    2.熱電動勢值小;
    3.熱電動勢之直線性不佳;
    4.價格高昂。

    K型熱電偶:
    鎳鉻-鎳硅熱電偶
    鎳鉻-鎳鋁熱電偶
    溫度范圍:-200~1300℃;
    優點:
    1.熱電動勢之直線性良好;¥
    2.1000℃以下耐氧化性良好;
    3.在金屬熱電偶中安定性屬良好。
    缺點:É
    1.不適用于還元性氣體環境,特別是一氧化碳、二氧化硫、硫化氫等氣體;
    2.熱電動勢與貴金屬熱電偶相比較經時變化較大
    3.受短范圍排序之影響會產生誤差。

    N型熱電偶:
    鎳鉻硅--鎳硅熱電偶
    溫度范圍:-270~1300℃;
    優點:
    1.熱電動勢之直線性良好;
    2.1200℃以下耐氧化性良好;
    3.為K型之改良型,受Green Rot之影響較小,耐熱溫度較K型高。
    缺點:É
    1.不適用于還元性氣體環境; i¥
    2.熱電動勢與貴金屬熱電偶相比較經時變化較大。
    ¥
    E型熱電偶:
    鎳鉻硅--康銅熱電偶¥
    溫度范圍:-270~1000℃;
    優點:
    1.現有熱電偶中感度*佳者;¥
    2.與J熱電偶相比耐熱性良好;
    3.兩腳不具磁性;
    4.適于氧化性氣體環境。
    5.價格低廉。
    缺點:
    1.不適用于還元性氣體環境;
    2.稍具履歷現象。
    J型熱電偶:
    鐵--康銅熱電偶
    溫度范圍:-210~1200℃ ;
    優點:
    1.可使用于還元性氣體環境;
    2.熱電動勢較K熱電偶大20%;
    3.價格較便宜,適用于中溫區域。
    缺點:
    1.(+)腳易生銹;
    2.再現性不佳。

    T型熱電偶:
    銅--康銅熱電偶
    溫度范圍:-270~400℃;
    優點:
    1.熱電動勢之直線性良好;
    2.低溫之特性良好;
    3.再現性良好、高精度;
    4.可使用于還元性氣體環境。
    缺點:
    1.使用溫度限度低;
    2.(+)腳之銅易氧化;
    3. 熱傳導誤差大。
    ★☆★注意★☆★
    熱電偶自由端溫度為0℃
    由熱電偶測溫原理知道,只有當熱電偶的冷端溫度保持不變時,熱電動勢才是被測溫度的單位函數。在實際應用時,由于熱電偶的冷端離熱端很近,冷端又暴露在空間,容易受到周圍環境溫度變化的影響,因而冷端溫度難以保持恒定。為此必須進行冷端溫度補償處理


    PT100型熱電阻:
    鉑電阻
    溫度范圍:-200~850℃;
    金屬鉑材料的優點是化學穩定性好、能耐高溫,容易制得純鉑,又因其電阻率p(Ω?mm2/m)大,可用較少材料制成電阻,此外其測溫范圍大。它的缺點是:在還原介質中,特別是在高溫下很容易被從氧化物中還原出來的蒸汽所沾污,使鉑絲變脆,并改變電阻與溫度之間的關系。
    CU50型熱電阻:
    銅電阻É
    溫度范圍:-50~150℃;
    銅熱電阻的價格便宜,線件度好,工業上在-50--+150℃范圍內使用較多。銅熱電阻怕潮濕,易被腐蝕,熔點亦低。

     

    滬公網安備 31010402004863號

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