热电阻与非接触温度测量.ppt

2-3 热电阻温度计 常用热电阻种类 热电阻的结构 半导体热敏电阻 热电阻测温原理 l用热电偶测量500以下温度时， 热电势小，测量精度低；且使用中 经常需要进行冷端温度补偿。 l故工业上在测低温时通常采用热电 阻温度计，其测温范围为200 500。 热电阻测温原理及特点 l优点： 1）输出信号大、测温精度高； 2）电阻信号便于远传； 3）无需冷端补偿； 4）可以实现多点切换测量。 l缺点： 1）感温部分体积大，热惯性大； 2）不能测取某一点的温度，只能测量 一个区域的平均温度； 3）在使用时需要外供电源； 4）连接导线电阻易受环境温度影响而产 生测量误差。 l热电阻温度计的组成： 热电阻（电阻体、绝缘管 和保护套管） 连接导线 显示仪表 测温原理 l金属导体或半导体: 电阻值r = f (温度t) l电阻温度系数（） 温度变化1时，导体电阻值的相对 变化量，单位为1/。 灵敏度。 金属导体: trt ，为正值； 而半导体: trt ，为负值。 金属纯度。有些合金材料，如锰 铜 0。 常用热电阻材料的电阻与温度关系 l根据感温元件的材质可分为金属导体和 半导体两大类。金属热电阻目前大量使 用的有铂、铜和镍三种。 l按准确度等级可分为标准电阻温度计和 工业电阻温度计。 常用热电阻种类 l热电阻材料要求： （1）物理及化学性质稳定； （2）电阻温度系数大； （3）电阻率大； （4）电阻值与温度近似为线性关系； （5）复现性好； （6）价格便宜。 特点：稳定性好、精确度高、性能可靠。 its90规定以铂电阻温度计作为 13.8033k961.78温域的标准内插仪器 （1）铂热电阻 （pt） 铂的电阻值与温度的关系 在2000范围内： 在0850 范围内： 铂电阻的纯度 通常用r100/r0表示。 铂电阻的分度号: pt 10、pt 100、pt 50 pt10表示铂电阻在0时的电阻值为r010 铜电阻与温度的关系 在50150范围内： 在0100范围内，电阻温度关系是线性的： rt = r0(1+t) 式中，4.28103/, （2）铜热电阻 （cu） 优点：r-t关系近似线性；较大；材料易 提纯；价格便宜，互换性好。 缺点：电阻率较小，为保持一定阻值需要 细而长的铜丝，使体积热惯性；测温上 限低，因为铜在100以上易氧化且抗腐 蚀性差。 铜电阻的分度号 cu50 和 cu100 特点：电阻温度系数大，灵敏度高。 测温范围是60180，主要用 于较低温域。 镍电阻的分度号有ni100、ni300和 ni500 （3）镍热电阻（ni） 例：用分度号cu100的铜电阻温度计测得 发电机冷却水温度为56，但检定时确 知铜热电阻的r0100.8 ，电阻温度 系数4.2910-3/，试求冷却水的实 际温度。 解：测温时显示仪表按r0=100 , 4.2810-3/分度的， rt = r0(1+t)，故 100(1十0.0042856) = 100.8(1十0.00429t) 由此求得冷却水实际温度 t =53.6。 热电阻的结构 （1）普通热电阻 （2）铠装热电阻 热电阻的接线方法： 引出线由热电阻体至接线端子的连接导线 （1）两线制 存在引出线电阻随温度变化产生的附加误差； （2）三线制 可以消除引出线电阻的影响；工业上多采用。 （3）四线制 不仅可消除引出线电阻的影响，还可消除连接 导线间接触电阻及其阻值变化的影响。多用于 标准铂热电阻的引出线上。 热电阻在使用中的注意事项： l为减小环境温度对线路电阻的影响，工业上常采用 三线制连接，也可以采用四线制连接。 l热电阻引入显示仪表的线路电阻必须符合规定值， 否则将产生系统误差。 l热电阻工作电流应小于规定值，否则因过大电流造 成自热效应，产生附加误差。 l热电阻分度号必须与显示仪表调校时分度号相向。 半导体热敏电阻 l工作原理： 是利用半导体材料的电阻随温度显 著变化这一特性制成的感温元件。 由某些金属氧化物按一定的配方比 例压制烧结而成。 负温度系数(ntc)热敏电阻（阻值随温度升高而显著减少） 采用mno2、mn(no3)4、cuo、cu(no3)2等化合物制造； 正温度系数(ptc)热敏电阻 采用nio2、zro2等化合物制造； 临界温度(ctr)热敏电阻 当温度超过某一数值后，电阻会急剧增加或减少。 热敏热电阻温度特性 l电阻与温度的关系（非线性的）： t为热力学温度；e2.71828；a、b为常数。 在温度t0时的电阻值为 两式整理得: 例 已知某半导体热敏电阻在20时的阻 值为100，其电阻与温度斜率为 dr/dt=5.0/k。 试求：该热敏电阻在50时的阻值。 提示 利用公式 解 代入已知数据，即可求得a和b的值 a=0.000043092 (); b=4296.8 (k) 再利用公式求得，rt在50(即50273.15k) 时的阻值为25.64 。 l半导体热敏电阻的结构图： a：珠形热敏电阻；b：涂敷玻璃的热敏电阻 1：电阻（金属氧化物烧结体）；2：引出线（铂丝）；3：玻璃；4：杜美丝 c: 带玻璃保护套管的热敏电阻 1：金属氧化物烧结体；2：铂丝；5：玻璃管 l优点： 1）电阻温度系数大，灵敏度高； 2）电阻率很大，体积可做的很小，热惯性小 ，响应快,可用来测量点的温度。 3）电阻值很大，连接导线电阻变化的影响可 忽略； l缺点： 1）同一型号的热敏电阻的电阻温度特性分散 性很大，互换性差； 2）电阻温度关系不稳定，随时间而变,需及时 标定。 课外作业： 1、某铜电阻在20时的阻值r20=16.28,其电阻温 度系数04.2510-3-1，求该电阻在100时 的阻值。 2、某测热电阻阻值的显示仪表是按初始阻值 r0=100 、电阻温度系数04.2810-3-1分 度的；但实际的r0=98.6 、电阻温度系数0 4.2510-3-1 ，求仪表示值为164.27 时 的测温绝对误差为多少。 提示 利用 r=r0(1+0t) 2-4 非接触式测温方法和仪表 辐射测温基本原理 单色辐射高温计 全辐射高温计 比色高温计 概 述 l 非接触式测温方法： 利用物体辐射能随温度变化的性质 ，通过测量物体的辐射能或与辐射能有 关的信号来实现温度测量。 用这种方法测温时，感受件不需与 被测介质相接触。 l 非接触式测温方法的优点： 1）感受件不需与被测介质相接触，仪表不 会破坏被测介质的温度场； 2）从理论上讲仪表的测温上限不受限制， 可达2000 以上 ； 3）测温过程中，仪表的滞后小，动态性能 好，反应快； 4）输出信号大、灵敏度和准确度高。 l 通常用来测量高于700的温度。 l 辐射式测温仪表分类： 普朗克定律 光学、光电、比色高温计 和红外测温仪 全辐射定律 全辐射高温计 l 辐射测温过程： 热辐射源（被测介质） 传输通道（空气、真空、光纤） 热辐射接收和处理装置 一、辐射测温基本原理 l 热辐射： 任何物体的温度高于绝对零度（0 k）时 就有能量释出，其中以热能方式向外发 射的那一部分称为热辐射。 l 全辐射体热辐射与温度的关系 （1）普朗克定律：全辐射体（黑体）的 光谱辐射出射度m0与其波长和温度t的 关系： 一种在任何温度下对投射到其上的任何 波长的热辐射均能全部吸收的物体 单位表面积、单位时间内 所辐射的能量 普朗克函数曲线图： 当 tt；非金属：tct） 3、双通道比色高温计