第04章温度测量.pptx

1、第四章 温度测量,4.0 概述 4.1 热电偶测温 4.2 热电阻测温 4.3 其他接触式测温仪表 4.4 接触式测温技术及误差分析 4.5 非接触式温度测量,4.2 热电阻测温,4.2 热电阻测温,热电阻测温原理及特点 常用的热电阻元件 热电阻测温元件的结构 热电阻值的测量 热电阻元件的校验及误差分析,4.2.1 原理及特点,原理： 导体或半导体的电阻随温度变化的性质 大多数金属在温度升高1时电阻将增加0.40.6。 半导体电阻一般随温度升高而减小，其灵敏度比金属高，每升高1，电阻约减小26。,热电阻测温的特点,优点: 信号灵敏度高; 与热电偶相比，无需参比温度 ； 信号可以远传; 金属热电

2、阻稳定性高、准确度高、互换性好，可以用作基准仪表。 缺点: 需要电源; 自热，影响测量精度; 测温上限，铂电阻上限低于1000 ,热电阻的材料,用于制造热电阻的材料，要求 电阻率、电阻温度系数大； 热容量、热惯性要小； 电阻与温度的关系近于线性； 材料的物理、化学性质要稳定，复现性好，易提纯； 价格尽可能便宜。 常用热电阻种类主要有铂电阻、铜电阻和半导体热敏电阻。,4.2.2 常用的热电阻元件,1、铂电阻温度计 铂的优点： 稳定性好、耐氧化性能很强。 物性稳定。ITS-90规定，在-259.34630.74范围，铂电阻温度计作为基准温度仪器。 易提纯，铂电阻精度高，复现性好； 工艺性好，可制极

3、细的铂丝（0.02 mm）或极薄的铂箔。 铂的电阻率较高。 铂的缺点： 电阻温度系数比较小（ 3.910-3 /）； 价格高。,铂丝纯度的表示 (百度电阻比W100 ),定义： 铂电阻在100时电阻值R100与0时电阻值R0之比，即W100=R100/R0。 W100越大，其纯度越高。目前W100已达到1.3930，其相应的铂纯度为99.9995%。 ITS-90规定，作为标准仪器的铂电阻W100应大于1.3925。一般工业用铂电阻的Wl00应大于1.3850。,铂电阻的种类,标准铂电阻有10 和25 ； 我国已采用IEC（国际电工委员会）标准制作工业铂电阻，使用温度为-200850 C； 工

4、业用铂电阻分度号为Pt100和Pt10，其中Pt100较常用；Pt10采用的铂丝较粗，主要用于600以上;,铂电阻与温度的关系,式中:R0为温度为0时铂电阻的电阻值（Pt100为100，Pt10为10）；R(t)为温度为t时铂电阻的电阻值；,2、铜电阻温度计,铜电阻普遍用于测量精度要求不高、温度较低的场合，测量-50150的温度。 在此温度范围内，铜电阻和温度呈线性关系：,铜电阻的缺点,1、电阻率小。 制成相同阻值的电阻时，铜电阻丝要细，因此机械强度不高，或者就要长，使体积增大。 2、铜很容易氧化，工作温度的上限为150。 3、铜电阻价格便宜，因此仍被广泛采用。,3、半导体热敏电阻温度计,在-

5、50350、测温要求不高的场合，通常采用半导体热敏温度传感器。如家电、汽车的温度控制。 半导体热敏电阻通常用铁、镍、锰、钴、钼、钛、镁、铜等复合氧化物高温烧结而成。 大多数半导体热敏电阻具有负的温度系数。,热敏电阻的主要优点,较大的负电阻温度系数，比热电阻大12个数量级，可降低传感器后面调理电路的要求； 热惯性小，响应快，适用温度变化快的场合； 电阻值大，连接导线的电阻变化的影响可忽略； 体积小（最小珠状热敏电阻直径仅0.10.2 mm），可用来测量“点温”; 结构简单、坚固，能承受较大的冲击、振动； 价格低廉。,热敏电阻的主要缺点,阻值与温度关系的非线性严重； 元件的一致性差，互换性差； 元

6、件易老化，稳定性较差； 除特殊高温热敏电阻外，绝大多数热敏电阻仅适合0150范围.,4.2.3 热电阻的结构,1、工业热电阻的基本结构,热电阻主要由感温元件、内引线、保护管3部分组成。通常还具有与外部测量及控制装置、机械装置连接的部件。它的外形与热电偶相似，使用时要注意避免用错。 热电阻感温元件是用来感受温度的电阻器。它是热电阻的核心部分，由电阻丝及绝缘骨架构成。,绝缘骨架,绝缘骨架是用来缠绕、支承或固定热电阻丝的支架。它的质量将直接影响电阻的性能。因此，作为骨架材料应满足如下要求： 、在使用温度范围内，电绝缘性能好； 、热膨胀系数要与热电阻相近； 、物理及化学性能稳定，不产生有害物质污染热阻

7、丝； 、足够的机械强度及良好的加工性能； 、比热小，热导率大。 常用的骨架材料有云母、玻璃、石英、陶瓷等。用不同骨架可制成各种热电阻感温元件。,(1) .云母骨架感温元件,特点： 抗机械振动性能强，响应快。 云母是天然物质，质量不稳定，即使是优质云母，在600以上也要放出结晶水并产生变形。所以，使用温度宜在500以下。 云母骨架感温元件，因其电阻丝并非完全固定，故受热后引起电阻变化小，电阻性能比较稳定，但其体积较大，不适宜在狭小场所进行测量，并且响应时间较长。,(2) .玻璃骨架感温元件,特点： 体积小，响应快、抗振性强。 铂丝固定在玻璃骨架上，必须选取与电阻丝具有相同膨胀系数的玻璃作骨架。否

8、则，当温度变化时引起膨胀或收缩，就会改变热电阻的性能。 通用玻璃骨架的软化点约为450，最高安全使用温度为400，但是低温到4K仍然可用。,(3) .陶瓷骨架感温元件,优点： 体积小、响应快、绝缘性能好。 使用温度上限可达960。 缺点： 机械强度差，不易加工。,热电阻的内引线形式,内引线是热电阻出厂时自身具备的引线，其功能是使感温元件与外部测量及控制装置相连接。 内引线通常位于保护管内。因保护管内温度梯度大，作为内引线要选用纯度高、不产生热电动势的材料。 工业铂热电阻：中低温用银丝作内引线，高温用镍丝。 铜和镍热电阻，内引线一般都用铜、镍丝。 为了减少引线电阻的影响，内引线直径通常比热电阻丝

9、的直径大很多。,热电阻的测量（外引线形式）,热电阻的外引线有3种。 两线制、三线制、四线制,两线制,两线制：在热电阻感温元件的两端各连一根导线的引线形式。 配线简单，安装费用低，存在引线电阻的附加误差，不适用于A级热电阻。 在使用时引线及导线都不宜过长。,两线制热电阻测量电桥,热电阻两引线电阻Rw和热电阻Rt共同构成电桥测量臂； 当引线电阻随沿线环境温度改变引起的阻值变化量2Rw和热电阻随被测温度变化的增量值Rt一起成为有效信号转换成测量信号电压，从而影响了温度测量精度。,a)示意图 b)等效原理图,三线制,在热电阻感温元件的一端连接两根引线，另一端连接一根引线(见图) 。 构成测量电桥，可以

10、消除内引线电阻的影响，测量精度高于两线制。 目前三线制在工业检测中应用最广。在测温范围窄或导线长或导线途中温度易发生变化的场合必须考虑采用三线制。,三线制热电阻测量电桥,a)示意图,b)等效原理图,两线制,四线制,在热电阻两端各连2根引线，主要用于在高精度测量；,a)示意图 b)等效原理图,四线制不仅可以消除内引线电阻的影响，而且在连接导线阻值相同时，消除该电阻的影响。还可以通过改变测量热电阻中的电流方向，消除测量过程中的寄生电势影响。,四、电阻温度计的测温误差,热电阻测温系统的误差： 热电阻的基本误差； 指示仪表的误差； 电阻体自热误差； 引线电阻误差组成。 自热误差 由通过电阻的电流引起； 电流大可提高输出信号，但带来的自热误差也大。 一般工业热电阻工作电流被限制在6mA以内，这样自热温差就不会超过0.1 。,汽车水温表1（热敏电阻）,工作原理： 1、热敏电阻感受水温信号，传给仪表盘上的水温表(实质是电流表）。 2、水温升高热敏电阻值减小电流增加水温表指针转动，反之电流减小。,汽车水温表2（双金属片）,电流通过加热线圈，产生热量，使双金属片产生变形，触点分开，切断电路。双金属片冷却后，由金属的弹性，触点又闭合。如此触