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熱電偶測(cè)量溫度的基本原理

儀表之家 ? 來(lái)源:儀表之家 ? 2023-05-22 14:40 ? 次閱讀

一、區(qū)別

1、雖然都是接觸式測(cè)溫儀表,但它們的測(cè)溫范圍不同。

熱電偶使用在溫度較高的環(huán)境,因它們?cè)谥?,低溫區(qū)時(shí)輸出熱電勢(shì)很小(查表可以看一下),當(dāng)電勢(shì)小時(shí),對(duì)抗干擾措施和二次表和要求很高,否則測(cè)量不準(zhǔn),還有,在較低的溫度區(qū)域,冷端溫度的變化和環(huán)境溫度的變化所引起的相對(duì)誤差就顯得很突出,不易得到全補(bǔ)償。

這時(shí)在中低溫度時(shí),一般使用熱電阻測(cè)溫范圍為200~500,甚至還可測(cè)更低的溫度(如用碳電阻可測(cè)到1K左右的低溫).現(xiàn)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(shí)的阻值,在舊分度號(hào)中用BA1,BA2來(lái)表示,BA1在0度時(shí)阻值為46歐姆,在工業(yè)上也有用銅電阻,分度號(hào)為CU50和CU100,但測(cè)溫范圍較小,在一50~~150之間.在一些特殊場(chǎng)合還有銦電阻,錳電阻 等)

2、熱電偶測(cè)量溫度的基本原理是熱電效應(yīng),二次表是一個(gè)檢伏計(jì)或?yàn)榱颂?a target="_blank">高精度時(shí)使用電子電位差計(jì)。

電阻是基于導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的特性而工作的,二次表是一個(gè)不平衡電橋.

3、由熱電偶測(cè)溫原理可知,只有在其冷端溫度恒定時(shí),被測(cè)溫度才與熱電勢(shì)成單值函數(shù)關(guān)系.在實(shí)際使用中,就用一種熱電特性與相應(yīng)熱電偶特性相似的廉價(jià)的連接導(dǎo)線(也稱為補(bǔ)償導(dǎo)線),使熱電偶冷端引伸到溫度相對(duì)恒定的地方(最好為0度),如用銅--康銅做補(bǔ)償導(dǎo)線來(lái)引申鎳鉻---鎳硅熱電阻.因此,熱電偶到二次表延長(zhǎng)線是兩根。

熱電阻與二次表之間是用銅導(dǎo)線連接的,為了減小環(huán)境變化引起的測(cè)量誤差,一般均采用三線制接法,其中有兩根導(dǎo)線將熱電阻串聯(lián)于相鄰的兩個(gè)橋臂上,另一根導(dǎo)線是引來(lái)電源.使用時(shí)要求每根導(dǎo)線的電阻值與調(diào)整電阻之和都保證為5歐姆(±0.01).

工作中的現(xiàn)場(chǎng)判斷

1、熱電偶. 熱電偶有正負(fù)極,補(bǔ)償導(dǎo)線也有正負(fù)之分.首先保證連接,配置確.在運(yùn)行中,常見的有短路,斷路,接觸不良(有萬(wàn)用表可判斷)和變質(zhì)(根據(jù)表面顏色來(lái)鑒別).檢查時(shí),要使熱電偶與二次表分開.我在實(shí)踐中判斷的方法,供大家參考:用工具短接二次表上的補(bǔ)償線,表指示室溫(不是的話,表壞),再短接熱電偶接線端子,表批示熱電偶所在的環(huán)境溫度(不是,補(bǔ)償線有故障),再用萬(wàn)用表mv檔大體估量熱電偶的熱電勢(shì)(如正常,請(qǐng)檢查工藝).

2、

熱電阻.不外乎短路,和斷路.用萬(wàn)用表可判斷.在運(yùn)行中.懷疑短路,只要將電阻端拆下一個(gè)線頭,看顯示儀表,如到最大,熱電阻短路.回零,導(dǎo)線短路.保證正常連接和配置時(shí),表值顯示低或不穩(wěn),保護(hù)管可能性進(jìn)水了.顯示最大,熱電阻斷路.顯示最小,短路.

一般來(lái)說(shuō),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(huì)發(fā)生變化,熱電偶的熱電勢(shì)會(huì)發(fā)生變化。

熱電阻目前都采用銅熱電阻和鉑熱電阻,根據(jù)0度時(shí)熱電阻值的不同又分為不同的分度號(hào),如PT100,PT1000,CU50等,以PT100為例,PT代表鉑,100代表0度時(shí)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(hào),分別代表不同的材質(zhì),以用于不同的溫度范圍。例如:K型為鎳鉻-鎳硅材材,一般測(cè)量0-800度,B型為鉑銠30-鉑銠6,一般測(cè)量800-1600度。

1、熱電偶的測(cè)量原理是什么?

熱電偶工作原理是基于賽貝克(seeback)效應(yīng),即兩種不同成分的導(dǎo)體兩端連接成回路,如兩連接端溫度不同,則在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。

熱電偶由兩根不同導(dǎo)線(熱電極)組成,它們的一端是互相焊接的,形成熱電偶的測(cè)量端(也稱工作端)。將它插入待測(cè)溫度的介質(zhì)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(cè)量端與參比端存在溫度差,則顯示儀表將指出熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)。

2、熱電阻的測(cè)量原理是什么?

熱電阻是利用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體有溫度變化時(shí)本身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來(lái)測(cè)量溫度的,熱電阻的受熱部分(感溫元件)是用細(xì)金屬絲均勻地繞在絕緣材料作成的骨架上或通過(guò)激光濺射工藝在基片形成。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)有溫度梯度時(shí),則所測(cè)得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層的平均溫度。

3、什么是鎧裝熱電偶,有什么優(yōu)點(diǎn)?

在IEC1515的標(biāo)準(zhǔn)中名稱為《mineral insulated thermocouple cable》,即無(wú)機(jī)礦物絕緣熱電電偶纜。將熱電極、絕緣物和護(hù)套通過(guò)整體拉制而形成的,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、可彎曲性能好、抗氧化性能好及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

4、熱電偶的分度號(hào)有哪幾種?有何特點(diǎn)?

熱電偶的分度號(hào)有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等幾種。其中S、R、B屬于貴金屬熱電偶,N、K、E、J、T屬于廉金屬熱電偶。

S分度號(hào)的特點(diǎn)是抗氧化性能強(qiáng),宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用,長(zhǎng)期使用溫度1400℃,短期1600℃。在所有熱電偶中,S分度號(hào)的精確度等級(jí)最高,通常用作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶;

R分度號(hào)與S分度號(hào)相比除熱電動(dòng)勢(shì)大15%左右,其它性能幾乎完全相同;}

B分度號(hào)在室溫下熱電動(dòng)勢(shì)極小,故在測(cè)量時(shí)一般不用補(bǔ)償導(dǎo)線。它的長(zhǎng)期使用溫度為1600℃,短期1800℃。可在氧化性或中性氣氛中使用,也可在真空條件下短期使用。

N分度號(hào)的特點(diǎn)是1300℃下高溫抗氧化能力強(qiáng),熱電動(dòng)勢(shì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)的復(fù)現(xiàn)性好,耐核輻照及耐低溫性能也好,可以部分代替S分度號(hào)熱電偶;

K分度號(hào)的特點(diǎn)是抗氧化性能強(qiáng),宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用,長(zhǎng)期使用溫度1000℃,短期1200℃。在所有熱電偶中使用最廣泛;

E分度號(hào)的特點(diǎn)是在常用熱電偶中,其熱電動(dòng)勢(shì)最大,即靈敏度最高。宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用,使用溫度0-800℃;

J分度號(hào)的特點(diǎn)是既可用于氧化性氣氛(使用溫度上限750℃),也可用于還原性氣氛(使用溫度上限950℃),并且耐H2及CO氣體腐蝕,多用于煉油及化工;

T分度號(hào)的特點(diǎn)是在所有廉金屬熱電偶中精確度等級(jí)最高,通常用來(lái)測(cè)量300℃以下的溫度。

5、熱電阻的引出線方式有幾種?都有什么影響?(YH^

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(jiǎn)單,但要帶進(jìn)引線電阻的附加誤差。因此不適用制造A級(jí)精度的熱電阻,且在使用時(shí)引線及導(dǎo)線都不宜過(guò)長(zhǎng)。

3線制可以消除引線電阻的影響,測(cè)量精度高于2線制。作為過(guò)程檢測(cè)元件,其應(yīng)用最廣。

4線制不僅可以消除引線電阻的影響,而且在連接導(dǎo)線阻值相同時(shí),還可以消除該電阻的影響。在高精度測(cè)量時(shí),要采用4線制。

6、N型熱電偶與K型熱電偶相比有哪些優(yōu)缺點(diǎn)?

N型熱電偶的優(yōu)點(diǎn):

-高溫抗氧化能力強(qiáng),長(zhǎng)期穩(wěn)定性強(qiáng)。K型熱電偶鎳鉻的正極中Cr、Si元素?fù)駜?yōu)氧化引起合金成分不均勻及熱電動(dòng)勢(shì)漂移等,在N型熱電偶增加Cr、Si含量,使鎳鉻合金的氧化模式由內(nèi)氧化轉(zhuǎn)變?yōu)橥庋趸?,致使氧化反?yīng)僅在表面進(jìn)行;

-低溫短期熱循環(huán)穩(wěn)定性好,且抑制了磁性轉(zhuǎn)變;

-耐核輻射能力強(qiáng)。N型熱電偶取消了K型中的易蛻變?cè)豈n、Co,使抗中子輻照能力進(jìn)一步加強(qiáng);

-在400~1300℃范圍內(nèi),N型熱電偶的熱電特性的線性比K型好。

N型熱電偶的缺點(diǎn):

-N型熱電偶的材料比K型硬,較難加工;

-價(jià)格相對(duì)較貴。N型熱電偶的熱膨脹系數(shù)要比不銹鋼低15%,因此N型鎧裝熱電偶的外套管應(yīng)采用NiCrSi/NiSi合金;在-200~400℃范圍內(nèi)非線性誤差較大。

7、如何選擇熱電偶和熱電阻?

根據(jù)測(cè)溫范圍選擇:500℃以上一般選擇熱電偶,500℃以下一般選擇熱電阻;

根據(jù)測(cè)量精度選擇:對(duì)精度要求較高選擇熱電阻,對(duì)精度要求不高選擇熱電偶;

根據(jù)測(cè)量范圍選擇:熱電偶所測(cè)量的一般指“點(diǎn)"溫,熱電阻所測(cè)量的一般指空間平均溫度。

審核編輯:彭靜
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原文標(biāo)題:知識(shí)‖熱電偶和熱電阻,測(cè)溫的兩個(gè)王者該怎么選?

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