热电阻与非接触温度测量

1、常用热电阻种类常用热电阻种类热电阻的结构热电阻的结构半导体热敏电阻半导体热敏电阻热电阻测温原理热电阻测温原理l用热电偶测量用热电偶测量500以下温度时，以下温度时，热电势小，测量精度低；且使用中热电势小，测量精度低；且使用中经常需要进行冷端温度补偿。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，其测温范围为阻温度计，其测温范围为200500。l优点：优点： 1 1）输出信号大、）输出信号大、测温精度高测温精度高； 2 2）电阻电阻信号便于远传；信号便于远传； 3 3）无需冷端补偿；）无需冷端补偿； 4 4）可以实现多点切换测量。）可以实现多点

2、切换测量。l缺点：缺点： 1 1）感温部分体积大，热惯性大；）感温部分体积大，热惯性大； 2 2）不能测取某一点的温度，只能测量）不能测取某一点的温度，只能测量 一个区域的平均温度；一个区域的平均温度； 3 3）在使用时需要外供电源；）在使用时需要外供电源； 4 4）连接导线电阻易受环境温度影响而产）连接导线电阻易受环境温度影响而产生测量误差。生测量误差。l热电阻温度计的组成：热电阻温度计的组成：热电阻（电阻体、绝缘管热电阻（电阻体、绝缘管和保护套管）和保护套管）连接导线连接导线显示仪表显示仪表测温原理测温原理 l金属导体或半导体金属导体或半导体: 电阻值电阻值R = f (温度温度t) l电

3、阻电阻温温度系数度系数（） 温度变化温度变化1时，导体电阻值的相对时，导体电阻值的相对 变化量，单位为变化量，单位为1/。 00001()ttttRRRRttRt 灵敏度灵敏度。金属导体金属导体: : tRt ，为正值；为正值； 而半导体而半导体: : tRt ，为负值。为负值。金属金属纯度纯度。有些合金材料，如锰。有些合金材料，如锰铜铜 0。常用热电阻材料的电阻与温度关系常用热电阻材料的电阻与温度关系 l根据根据感温元件的材质感温元件的材质可分为可分为金属导体金属导体和和半导体半导体两大类。金属热电阻目前大量使两大类。金属热电阻目前大量使用的有铂、铜和镍三种。用的有铂、铜和镍三种。l按按准确

4、度等级准确度等级可分为可分为标准电阻温度计标准电阻温度计和和工业电阻温度计工业电阻温度计。 l热电阻材料要求：热电阻材料要求：（1 1）物理及化学性质稳定；）物理及化学性质稳定；（2）电阻温度系数电阻温度系数大；大；（3 3）电阻率电阻率大；大；（4 4）电阻值与温度近似为）电阻值与温度近似为线性线性关系；关系； （5 5）复现性好；）复现性好； （6）价格便宜。）价格便宜。 特点：稳定性好、精确度高、性能可靠。特点：稳定性好、精确度高、性能可靠。ITSITS9090规定以铂电阻温度计作为规定以铂电阻温度计作为13.8033K961.78温域的标准内插仪器温域的标准内插仪器铂的电阻值与温度的关

5、系铂的电阻值与温度的关系在在2000范围内：范围内：在在0850 范围内：范围内： 2301(100)tRRAtBtCt t20(1)tRRAtBt铂电阻的纯度铂电阻的纯度 通常用通常用R100/R0表示。表示。铂电阻的分度号铂电阻的分度号: Pt 10、Pt 100、Pt 50Pt10表示铂电阻在表示铂电阻在0时的电阻值为时的电阻值为R010 铜电阻与温度的关系铜电阻与温度的关系在在50150范围内：范围内：在在0100范围内，电阻温度关系是线性的：范围内，电阻温度关系是线性的： Rt = R0(1+t) 式中，4.28103/, 230(1)tRRAtBtCt优点：优点：R-tR-t关系近

6、似线性；关系近似线性；较大；材料易较大；材料易提纯；价格便宜，互换性好。提纯；价格便宜，互换性好。缺点：缺点：电阻率较小，为保持一定阻值需要电阻率较小，为保持一定阻值需要细而长的铜丝，使体积细而长的铜丝，使体积热惯性热惯性；测温上；测温上限低，因为铜在限低，因为铜在100以上易氧化且抗腐以上易氧化且抗腐蚀性差。蚀性差。铜电阻的分度号铜电阻的分度号 Cu50 Cu50 和和 Cu100 Cu100 特点：电阻温度系数大，灵敏度高。特点：电阻温度系数大，灵敏度高。测温范围是测温范围是60180，主要用，主要用于较低温域。于较低温域。镍电阻的分度号有镍电阻的分度号有Ni100、Ni300和和Ni50

7、0例：例：用分度号用分度号Cu100的铜电阻温度计测得的铜电阻温度计测得发电机冷却水温度为发电机冷却水温度为56，但检定时确，但检定时确知铜热电阻的知铜热电阻的R0100.8 ，电阻温度，电阻温度系数系数4.2910-3/，试求冷却水的，试求冷却水的实际温度。实际温度。解：解：测温时显示仪表按测温时显示仪表按R0=100 , 4.2810-3/分度的，分度的， Rt = R0(1+t)，故，故 100(1十十0.0042856) = 100.8(1十十0.00429t) 由此求得冷却水实际温度由此求得冷却水实际温度 t =53.6。（1）普通）普通热电阻热电阻 （2）铠装）铠装热电阻热电阻 热

8、电阻的接线方法：热电阻的接线方法： 引出线引出线由热电阻体至接线端子的连接导线由热电阻体至接线端子的连接导线 R4R3dcR0R2ERtdab（1）两线制两线制 存在引出线电阻随温度变化产生的附加误差；存在引出线电阻随温度变化产生的附加误差；（2）三线制三线制 可以消除引出线电阻的影响；工业上多采用。可以消除引出线电阻的影响；工业上多采用。（3）四线制四线制 不仅可消除引出线电阻的影响，还可消除连接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。标准铂热电阻的引出线上。热电阻在使用中的注意事项：热电

9、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。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，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。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。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。热电阻分度号必须与显示仪表调校时分度号相向。l工作原理：工作原理： 是利用半导体材料的是利用半导体材料

10、的电阻随温度显电阻随温度显著变化著变化这一特性制成的感温元件。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由某些金属氧化物按一定的配方比例压制烧结而成。例压制烧结而成。负温度系数负温度系数(NTC)热敏电阻（热敏电阻（阻值随温度升高而显著减少）阻值随温度升高而显著减少） 采用采用MnO2、Mn(NO3)4、CuO、Cu(NO3)2等化合物制造；等化合物制造；正温度系数正温度系数(PTC)热敏电阻热敏电阻 采用采用NiO2、ZrO2等化合物制造；等化合物制造；临界温度临界温度(CTR)热敏电阻热敏电阻 当温度超过某一数值后，电阻会急剧增加或减少。当温度超过某一数值后，电阻会急剧增加或

11、减少。 热敏热电阻温度特性l电阻与温度的关系（非线性的）：电阻与温度的关系（非线性的）： 00/B TTRAe/B TTRAe T为为热力学温度；热力学温度；e2.71828；A、B为为常数。常数。在温度在温度T T0 0时的电阻值为时的电阻值为0011/()BTTTTRR e两式整理得两式整理得:例例 已知某半导体热敏电阻在已知某半导体热敏电阻在20时的阻时的阻值为值为100，其电阻与温度斜率为，其电阻与温度斜率为dR/dt=5.0/K。 试求：该热敏电阻在试求：该热敏电阻在50时的阻值。时的阻值。提示提示 利用公式利用公式/B TTRAe解解 代入已知数据，即可求得代入已知数据，即可求得A

12、和和B的值的值 A=0.000043092 (); B=4296.8 (K) 再利用公式求得，再利用公式求得，RT在在50(即即50273.15K)时的阻值为时的阻值为25.64 。22TBRTBeAdTdReARTTBTTBTl半导体热敏电阻的结构图：半导体热敏电阻的结构图： a：珠形热敏电阻；：珠形热敏电阻；b：涂敷玻璃的热敏电阻：涂敷玻璃的热敏电阻1：电阻（金属氧化物烧结体）；：电阻（金属氧化物烧结体）；2：引出线（铂丝）；：引出线（铂丝）；3：玻璃；：玻璃；4：杜美丝：杜美丝C: 带玻璃保护套管的热敏电阻带玻璃保护套管的热敏电阻1：金属氧化物烧结体；：金属氧化物烧结体；2：铂丝；：铂丝

13、；5：玻璃管：玻璃管l优点：优点： 1）电阻温度系数大，灵敏度高；电阻温度系数大，灵敏度高； 2）电阻率很大，体积可做的很小，电阻率很大，体积可做的很小，热惯性小，热惯性小，响应快响应快, ,可用来测量点的温度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电阻值很大，连接导线电阻变化的影响可忽略；忽略；l缺点：缺点： 1）同一型号的热敏电阻的电阻温度特性分散）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；性很大，互换性差； 2）电阻温度关系不稳定，随时间而变电阻温度关系不稳定，随时间而变,需及时需及时标定。标定。1 1、某铜电阻在、某铜电阻在2020时的阻值时的阻值R2

14、0=16.28,其电阻温其电阻温度系数度系数04.2510-3-1，求该电阻在求该电阻在100100时的阻值。时的阻值。2、某测热电阻阻值的显示仪表是按初始阻值、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、电阻温度系数04.2810-3-1分度的；但实际的分度的；但实际的R0=98.6 、电阻温度系数、电阻温度系数04.2510-3-1 ，求仪表示值为，求仪表示值为164.27 时的测温绝对误差为多少时的测温绝对误差为多少。 提示提示 利用利用 R=R0(1+0t)辐射测温基本原理辐射测温基本原理 单色辐射高温计单色辐射高温计 全辐射高温计全辐射高温计 比色高温计比色高温

15、计 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 通常用来测量高于通常用来测量高于700的温度。的温度。l 辐射式测温仪表分类：辐射式测温仪表分类： 普朗克定律普朗克定律 光学、光电、比色高温计光学、光电、比色高温计 和红外测温仪和红外测

16、温仪 全辐射定律全辐射定律 全辐射高温计全辐射高温计l 辐射测温过程：辐射测温过程： 热辐射源热辐射源（被测介质）（被测介质） 传输通道传输通道（空气、真空、光纤）（空气、真空、光纤） 热辐射接收和处理装置热辐射接收和处理装置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： 151) 1(2TcoeCM一种在任何温度下对投射到其上的任何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波长的热辐射均能全部吸收的

17、物体 单位表面积、单位时间内单位表面积、单位时间内所辐射的能量所辐射的能量 普朗克函数曲线图： 当 T 3000K 时，可用维恩公式代替，误差在1%以内。 维恩公式： TcoeCM251 单色辐射（光学、光电）高温计单色辐射（光学、光电）高温计 的理论依据的理论依据 （2）全辐射体辐射定律 （斯忒藩波尔兹曼定律）000dMM25110(1)CTCed40T 全色辐射高温计的理论依据全色辐射高温计的理论依据 波长从0之间的全部光谱辐射出射度的总和M0l 实际物体的热辐射特性 0MM（同一（同一 T、下）下）0MM0MM（2）实际物体的发射率）实际物体的发射率：0MM（同一（同一 T 下）下）（1

18、）实际物体的光谱发射率 ：n 实际物体的随波长而变化，但总小于1。 多数非金属 ； 而多数金属；n 若某物体的不随波长而变化灰体1、测温原理： 物体在高温状态下会发光，具有一定的亮度。 物体在波长下的亮度L和它的光谱辐射出射度M成正比。n 全辐射体： )(51002sTCeCCCMLn 实际物体：实际物体： )(512TCeCCCML不同使得仪表无法统一分度；不同使得仪表无法统一分度；故故仪表按全辐射体亮度与温度的关系式来分度仪表按全辐射体亮度与温度的关系式来分度。2、亮度温度）（）（sTLTL0 在波长为的单色辐射中，若物体在温度T时的亮度L和全辐射体在温度Ts时的亮度L0相等，则把Ts称为被测物体在波长时的亮度温度。n 被测物体实际温度被测物体实际温度T和亮度温度和亮度温度Ts之间之间的关系：的关系： 1ln112CTTS 0 1，测到的亮度温度总是低于物体真实测到的亮度温度总是低于物体真实温度的，即温度的，即 Ts T 。3、灯丝隐灭式光学高温计（亮度对比法）1-物镜物镜(接受热源接受热源); 2-吸收玻璃吸收玻璃; 3-高温计标准灯高温计标准灯; 4-目镜目镜; 5-红色滤光