電子工程師的自我修養 熱電阻 熱電偶

2021-10-09 20:35:30 字數 3842 閱讀 8065

在日常工作當中經常遇到使用溫度測量儀表,熱電阻與熱電偶同為溫度測量儀表,同乙個測溫地點我們選擇熱電阻還是選擇熱電偶呢?今天我們來全面剖析一下。

熱電偶的結構

熱電偶前端接合的形狀有 3 種型別,如下圖所示。可根據熱電偶的型別、 線徑、使用溫度,通過氣焊、對焊、電阻焊、電弧焊、銀焊等方法進行接合。

在工業應用中為了便於安裝及延長熱電偶的使用壽命,通常使用外加套管的方式。套管一般分為保護管型和鎧裝型。

帶保護管的熱電偶是將熱電偶的芯線以及絕緣管插入保護管使用的熱電偶。保護管在防止芯線氧化、腐蝕的同時,還可以保持熱電偶的機械強度。保護管有多種型別,常用的如下表所示。

鎧裝熱電偶的測量原理與帶保護管的熱電偶相同。它使用纖細的金屬管 ( 稱為套管)作為上圖中絕緣管 (陶瓷) 的替代品,並使用氧化鎂 (mgo)等粉末作為絕緣材料。

由於其外徑較細且容易彎曲, 所以最適合用來測量物體背面與狹小空隙等處的溫度。此外,與帶保護管的熱電偶相比,其反應速度更為靈敏。

鎧裝熱電偶的套管外徑範圍較廣,可以拉長加工為 8.0mmф到 0.5mmф的各種尺寸。芯線拉伸得越細,常用溫度上限越低。如 k型熱電偶,套管外徑 0.5mmф的常用溫度上限是 600℃,8.0mmф的是 1050℃。

熱電阻的結構

如下圖所示, 熱電阻的元件形狀有 3 種,目前陶瓷封裝型佔主導地位。陶瓷封裝型用於帶保護管的熱電阻以及鎧裝熱電阻。

陶瓷與玻璃封裝型的鉑線裸線直徑為幾十微公尺左右,雲母板型的約為 0.05mm。引線則使用比元件線粗很多的鉑合金線。

熱電阻元件的種類

帶保護管的熱電阻圖例

鎧裝熱電阻

熱電阻與熱電偶的區別

1.雖然都是接觸式測溫儀表,但它們的測溫範圍不同。熱電偶使用在溫度較高的環境,因它們在中,低溫區時輸出熱電勢很小 (查表可以看一下 ),當電勢小時,對抗干擾措施和二次表和要求很高,否則測量不准,還有,在較低的溫度區域, 冷端溫度的變化和環境溫度的變化所引起的相對誤差就顯得很突出,不易得到全補償。

這時在中低溫度時,一般使用熱電阻測溫範圍為200~500,甚至還可測更低的溫度 (如用碳電阻可測到 1k 左右的低溫 ).現在正常使用鉑熱電阻pt100,(也有pt50,100和 50代表熱電阻在0度時的阻值,在舊分度號中用ba1,ba2來表示,ba1 在0度時阻值為46歐姆,在工業上也有用銅電阻,分度號為cu50和cu100,但測溫範圍較小,在50~150之間,在一些特殊場合還有銦電阻,錳電阻等)

2.熱電偶測量溫度的基本原理是熱電效應, 二次表是乙個檢伏計或為了提高精度時使用電子電位差計。電阻是基於導體和半導體的電阻值隨溫度而變化的特性而工作的, 二次表是乙個不平衡電橋。

3.由熱電偶測溫原理可知,只有在其冷端溫度恆定時,被測溫度才與熱電勢成單值函式關係 .在實際使用中,就用一種熱電特性與相應熱電偶特性相似的廉價的連線導線 (也稱為補償導線),使熱電偶冷端引伸到溫度相對恆定的地方 (最好為0度),如用銅--康銅做補償導線來引申鎳鉻 ---鎳矽熱電阻 。因此,熱電偶到二次表延長線是兩根。

熱電阻與二次表之間是用銅導線連線的,為了減小環境變化引起的測量誤差,一般均採用三線制接法, 其中有兩根導線將熱電阻串聯於相鄰的兩個橋臂上,另一根導線是引來電源 ,使用時要求每根導線的電阻值與調整電阻之和都保證為5 歐姆( ±0.01)。

工作中的現場判斷

1.熱電偶:熱電偶有正負極,補償導線也有正負之分。首先保證連線, 配置確。在執行中,常見的有短路、斷路、接觸不良 (有萬用表可判斷 )和變質 (根據表面顏色來鑑別),檢查時,要使熱電偶與二次表分開。

2.熱電阻:不外乎短路、和斷路、用萬用表可判斷。在執行中,懷疑短路,只要將電阻端拆下乙個線頭,看顯示儀表,如到最大,熱電阻短路、回零、導線短路,保證正常連線和配置時,錶值顯示低或不穩,保護管可能性進水了。

顯示最大,熱電阻斷路,顯示最小,短路 。一般來說,溫度在 300 度以下的用熱電阻, 300度以上的用熱電偶。隨著溫度的變化,熱電阻的阻值會發生變化,熱電偶的熱電勢會發生變化。

熱電阻目前都採用銅熱電阻和鉑熱電阻, 根據0度時熱電阻值的不同又分為不同的分度號,如pt100,pt1000,cu50 等,以pt100為例,pt 代表鉑,100代表0度時熱電阻的阻值是100歐姆。

熱電偶目前大體上有 k,b,s等分度號,分別代表不同的材質,以用於不同的溫度範圍。例如:k 型為鎳鉻 -鎳矽材材,一般測量 0-800 度,b 型為鉑銠 30-鉑銠 6,一般測量 800-1600度。

熱電偶的測量原理是什麼?

熱電偶工作原理是基於賽貝克( seeback)效應,即兩種不同成分的導體兩端連線成迴路,如兩連線端溫度不同,則在迴路內產生熱電流的物理現象。熱電偶由兩根不同導線(熱電極)組成,它們的一端是互相焊接的,形成熱電偶的測量端(也稱工作端)。

將它插入待測溫度的介質中;而熱電偶的另一端 (參比端或自由端)則與顯示儀表相連。如果熱電偶的測量端與參比端存在溫度差,則顯示儀表將指出熱電偶產生的熱電動勢。

熱電阻的測量原理是什麼?

熱電阻是利用金屬導體或半導體有溫度變化時本身電阻也隨著發生變化的特性來測量溫度的, 熱電阻的受熱部分 (感溫元件) 是用細金屬絲均勻地繞在絕緣材料做成的骨架上或通過雷射濺射工藝在基片形成。

當被測介質有溫度梯度時, 則所測得的溫度是感溫元件所在範圍內介質層的平均溫度。

什麼是鎧裝熱電偶,有什麼優點?

在 iec1515 的標準中名稱為《 mineral insulated thermocouple cable 》,即無機礦物絕緣熱電電偶纜。將熱電極、 絕緣物和護套通過整體拉製而形成的, 外表面好像是被覆一層 「鎧裝",故稱為鎧裝熱電偶。

同一般裝配式熱電偶相比,具有耐壓高、可彎曲效能好、抗氧化效能好及使用壽命長等優點。

熱電阻的引出線方式有幾種?都有什麼影響?

熱電阻的引出線方式有3種:即2線制、3 線制、4 線制。

2線制熱電阻配線簡單, 但要帶進引線電阻的附加誤差。因此不適用製造 a級精度的熱電阻,且在使用時引線及導線都不宜過長。3線制可以消除引線電阻的影響,測量精度高於2線制。作為過程檢測元件,其應用最廣。4線制不僅可以消除引線電阻的影響,而且在連線導線阻值相同時,還可以消除該電阻的影響。在高精度測量時,要採用4線制。

如何選擇熱電偶和熱電阻?

根據測量精度選擇:對精度要求較高選擇熱電阻,對精度要求不高選擇熱電偶;

根據測量範圍選擇:熱電偶所測量的一般指 「點"溫,熱電阻所測量的一般指空間平均溫度。

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