4.3 热电阻测温.ppt

4 3热电阻测温 4 3 1热电阻测温原理 热电阻测温是基于导体或半导体的电阻随温度而变化的特性 常见的Pt Cu Ft Mn Al等金属 在不同的温度范围内 与t成线性关系 且a b c取值不一样 对于铂 0 630 74 Rt R0 1 At Bt2 190 0 Rt R0 1 At Bt2 c t 100 t3 铜 50 150 Rt R0 1 t 电阻温度系数 4 3 2热电阻材料 对热电阻的材料选择有如下要求1 电阻值与温度变化有良好的线性关系 2 电阻温度系数大 以便于测量 3 电阻率高 热容量小 反应速度快 4 在测温范围内物理化学性能稳定5 材料质量要纯 容易加工复制 价格便宜 电阻温度系数 通常取0 100 之间的平均温度系数 电阻温度系数与金属的纯度有关 金属的纯度用百度电阻比来表示 纯度越高 越大 4 3 3常用工业热电阻及结构 1 铂电阻 测温范围 200 850 铂丝 0 03 0 07mm分度号 Pt100 Pt10 0 电阻值分别为100 10 测温特点 精度高 稳定性好 易于提纯 电阻率较大 耐高温 但它的电阻温度系数小 且价格昂贵 温度系数 连接导线 金 银 铂线 2 铜电阻 测温范围 50 150 铜丝 0 1mm分度号 Cu50 Cu100 0 电阻值分别为50 100 测温特点 有较高的温度系数 线性好 易提纯 价格便宜 但其其测温范围小 不适于高温 电阻率低 因而体积大 热响应慢 3 热电阻结构普通型热电阻 由感温元件 内引线 绝缘套管 保护套管和接线盒组成 见教材图4 7 铠装热电阻 结构同铠装热电偶 将内部固定为一个整体 可以弯曲 适合于在复杂条件下安装 热电阻温度计由热电阻 测量电路 连接导线 显示仪表构成 显示仪表常指自动平衡式电桥 连接导线与测量电路的配合使用 有不同方式 需注意引线电阻带来的测量误差 4 3 4热电阻的测量电路 引线方式 1 二线制 同普通电阻的接法 电阻两端各引出一根引线 设引线电阻同为r 如图4 8 a 此时接入测量臂的实际为 Rt 2r 测量电路为电桥电路 Rt接入电桥的测量臂 此种接法简单 费用低 但引线电阻随环境温度的变化会给测量带来误差 2 三线制 在电阻一端引出一根引线 另一端引出二根导线 如图4 8 b 引线分别接入相邻桥臂 这样可以较好地消除引线电阻影响 提高测量精度 r1 r3随环境温度的变化将相互抵消 3 四线制 在热电阻两端各引出二根导线 如图4 8 其中一对为电流端 一对为电压端 这种接法几乎可以完全消除引线电阻对测量的影响 有较高的测量精度 常用于实验室精密测量中 4 3 5热敏电阻 热敏电阻是用金属氧化物或半导体材料作为电阻体的温敏元件 热敏电阻有正温度系数 PTC 负温度系数 NTC 和临界温度 CTR 三种 它们的温度特性曲线如图4 9所示 用作温度测量的是负温度系数的热敏电阻 R随T的升高而迅速减小 呈指数曲线下降 测温特点 优点是电阻温度系数大 灵敏率高 电阻值高 引线电阻对测量没有影响 体积小 反应速度快 缺点是每一品种的测温范围窄 复现性和互换性差 非线性 4 4辐射式高温计 4 4 1基本概念及基本定律 辐射能力E 物体在单位时间内每单位面积放出的辐射能 单色辐射强度 绝对黑体 物体的热辐射能被该物体全部吸收 或任何温度下全部吸收任何波长的辐射的物体 吸收系数 物体吸收的能量Q 与落在该物体上的总辐射能Q之比 对于绝对黑体 1 灰体 1 2 普朗克定律 绝对黑体的辐射强度与温度的关系 C1 C2为常数 波长 T绝对温度 1 基尔霍夫定律 同一温度下 物体的辐射能力与其吸收能力成正比 Q Q 4 斯蒂芬 玻尔兹曼定律 物体的温度越高 辐射的能量越多 Eo T4 斯蒂芬 玻尔兹曼常数 吸收系数此为全辐射式高温计的理论依据 3 维恩位移定律 物体的峰值辐射能量对应的 m与物体的T成反比 即随T的升高 m向短波方向移动 此为亮度比色温度计的理论依据 T2 T1 辐射式测温仪表的基本组成 辐射测温仪表主要由光学系统 检测元件 转换电路 信号处理等部分组成 被测对象 光学系统 检测元件 转换电路 信号处理 参考光源 辐射测温的常用方法 亮度法 全辐射法 比色法 多色法 4 4 2辐射式测温仪表 1 光学高温计 利用物体的波长为 的光亮度B 与它的辐射强度E 成正比来测温 物体在不同温度下辐射的单色亮度不同 B CE C 常数单色亮度对应一定的波长范围 当绝对黑体的单色亮度等于某被测物体的单色亮度时 此时绝对黑体的温度即为被测物体的亮度温度 由人眼对高温计灯丝亮度与被测物体亮度进行平衡比较 真实T修正 Ts为亮度温度 光学高温计的组成 光学系统 瞄准被测温场 比较灯丝与温场亮度 电测系统 调节灯丝电流 对应不同的亮度 测温范围 300 2000 标准校验设备 黑体炉中温400 1200 0 990高温900 2000 0 985 2 光电高温计 利用亮度平衡法测温 通过测量某一波长下物体辐射亮度的变化测知其温度 它是采用光敏元件作为感受元件 系统自动进行亮度平衡 光电高温计的组成 光学系统 物镜 目镜 透光孔 遮光板 光电元件 反馈灯等 电测系统 激磁绕组 永久磁铁 放大器等 工作原理 自动进行亮度平衡 即反馈灯丝电流 通过被测物体的亮度与灯丝亮度的亮度差来改变 直至二者亮度相同 此时的灯丝电流大小反应温度大小 3 辐射式温度计 见教材 4 比色温度计 见教材 图4 12 图4 13 图4 14 4 4 3辐射式测温仪表的表现温度 辐射式测温仪表均以黑体炉作基准进行标定 其示值是按黑体温度刻度 因此对于非绝对黑体必须考虑吸收系数 的影响 表现温度是指在仪表的工作波长范围内 温度为T的辐射体的辐射情况与温度为TA的黑体的辐射情况相等 则TA是该辐射体的表现温度 2 辐射温度 3 比色温度 自学内容 作业 自学内容 P53 P56 了解 1 光纤温度传感器的测温特点 2 光纤温度传感器的构成及分类 3 实际测温时须注意的问题 作业 P564 3 4 4 4 5 4 7 4 11 附 自动平衡式电桥 组成 测量电桥 热电阻Rt作为其一个桥臂 放大器 伺服电动机 指示机构 放大 可逆电机 记录纸 记录笔 E Rt R4 R3 R2 r K U 取测量下限Rt0时电桥平衡U 0放大器输出为0 电机停转 当T Rt 电桥平衡