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溫度測量
溫度測量
介紹
溫度測量是測量領(lǐng)域*重要的功能之一,頻繁應(yīng)用于氣象觀測,環(huán)境研究,實(shí)驗(yàn)室以及其他各種生產(chǎn)過程。在特定條件下的產(chǎn)品制造與工業(yè)質(zhì)量保持穩(wěn)定方面,溫度測量是基礎(chǔ)且十分重要。因此,本文將描述工業(yè)領(lǐng)域溫度測量中廣泛使用的溫度傳感器的熱電偶和電阻溫度傳感器(RTD)的測量原理。
1.什么是熱電偶?
熱電偶是溫度傳感器,其工作原理是:當(dāng)熱電偶的兩個(gè)末端處于不同溫度時(shí),兩種異金屬(構(gòu)成一個(gè)閉合電路)的接點(diǎn)就產(chǎn)生一個(gè)可測量電壓(電動(dòng)勢)(見圖1)。
由于熱電偶結(jié)構(gòu)簡單且可靠性較高,作為工業(yè)溫度傳感器廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。此外,將測量儀表(記錄器等)連接到電路的一端時(shí),可以測量勢差(電磁勢)(見圖2)。
各種類型的熱電偶用于測量不同的溫度范圍。JIS,IEC及其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一些特性優(yōu)異的常用熱電偶。下表總結(jié)了典型的熱電偶類型(通常用符號表示)及其特征(優(yōu)缺點(diǎn))。
類型
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
B
適用于1000℃或以上的高溫測量。
室溫下具有非常低的導(dǎo)熱性,無需補(bǔ)償導(dǎo)線。
極好的耐酸性和耐化學(xué)性。
中低溫范圍內(nèi)導(dǎo)熱性低,600℃或600℃以下時(shí)無法進(jìn)行測量。
低靈敏度。
低溫差電動(dòng)勢線性。
價(jià)格昂貴。
R/S
高**性和低變更、低退化性。
極好的耐酸性和耐化學(xué)性。
可作為標(biāo)準(zhǔn)使用。
低靈敏度。
易受還原氣氛影響(尤其是氫氣或金屬蒸氣)。
導(dǎo)致重大的補(bǔ)償導(dǎo)線錯(cuò)誤。
價(jià)格昂貴。
N
具有極好的溫差電動(dòng)勢線性。
在1200℃或1200℃以下具有極好的耐酸性。
不受短程排序影響。
不適于還原氣氛。
與貴金屬熱電偶相比,易遭受大的長期的改變。
K
具有極好的溫差電動(dòng)勢線性。
在1000℃或1000℃以下具有極好的耐酸性。
在賤金屬熱電偶中具有極好的穩(wěn)定性。
不適于還原氣氛。
與貴金屬熱電偶相比,易遭受大的長期的改變。
易受短程排序?qū)е碌腻e(cuò)誤影響。
E
是當(dāng)前*靈敏的熱電偶。
具備比J類型更好的耐熱性。
兩個(gè)支架都是無磁的。
不適于還原氣氛。
有輕微磁滯現(xiàn)象。
J
可用于還原氣氛。
導(dǎo)熱性高出K類型約20%。
正極(“+”)鐵支架易生銹。
特性不穩(wěn)定。
T
具有極好的溫差電動(dòng)勢線性。
在低溫下仍有很好的特性。
質(zhì)量變化小。
可用于還原氣氛。
低使用限制。
正極(“+”)銅支架易氧化。
導(dǎo)致重大的熱傳導(dǎo)錯(cuò)誤。
資料來源: 日本電氣計(jì)測器工業(yè)會;正確使用溫度計(jì)-新,日本工業(yè)出版有限公司。
2.什么是電阻溫度傳感器?
電阻溫度傳感器(RTD)是溫度傳感器,其工作原理是金屬電阻系數(shù)與其溫度同比例增加。鉑RTD使用鉑(Pt)作為電阻溫度傳感元件,鉑具有優(yōu)良的溫度特性、線性以及穩(wěn)定性。
在各種溫度傳感器中,具有高**性的鉑RTD得到廣泛應(yīng)用。特別是Pt100(0℃時(shí)電阻值為100ohm)更是在全球深受歡迎。鎳和銅也被用于RTD,熱敏電阻被用作電阻器。
三種接線技術(shù)可供使用: 兩線,三線和四線。
此外,取決于各種接線技術(shù),測量儀表側(cè)的測量電路有所不同。下圖說明了工業(yè)測量常用的三線技術(shù)以及**測量使用的四線技術(shù)的原理。
a) 三線技術(shù)原理
r1和r2的引線電阻完全匹配,從而在橋接電路中抵消。因此,保持三根引線的電阻一致且較低,即使Rt和測量儀表之間的引線較長,也可以無誤地進(jìn)行溫度測量。
b)四線技術(shù)原理
恒定電流通過r1和r4,在RTD的端子測量電壓,電壓在測量中不受引線電阻的影響。因此,這個(gè)系統(tǒng)可以進(jìn)行**的溫度測量。
如果一個(gè)四線技術(shù)的RTD與一個(gè)三線技術(shù)的測量儀表連接,通過取消一根四線技術(shù)的RTD引線,即可提供一個(gè)簡單的溫度測量結(jié)構(gòu)。在這種情況下,與三線技術(shù)一樣要求保持三根引線電阻較低而且統(tǒng)一,不使用的引線必須斷開(隔離)以避免噪音及其他因素的影響。
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