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温度传感器测温的原理与应用

发布时间:2016-12-19  发布者:秒速快三电子

在工业生产和工作中   常用的温度传感器有热电偶和热电阻两种,即常见的热电式传感器。它是利用转换元件的电参量随温度变化的物理特性,对温度进行测量转换的部件。其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器,将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。
  1、热电偶传感器
  在两种导体组成的闭合回路中,如果对其中一个连接点加热,使得两个连接点温度不同,那么回路中就会有电流产生,这一现象叫做温差电效应或赛贝克效应。相应的电动势称为温差电势,回路中所产生的电流称为热电流。热电偶传感器测温是基于热电转换原理,产生的热电动势是由于在一根均质的导体上,如果存在温度梯度,那么导体高温区比低温区自由电子扩散的速率快,因此,对于导体的某一个截面而言,温度较高处因失去电子而带正电,温度较低处因电子而带负电,从而形成了电位差值。
  热电偶   由两种不同的材料组成,虽然理论上讲任意两种导体都可以制作热电偶传感器,但是,作为实用的测温元件,并不是所有的材料都适合制作传感器。作为热电偶电极的材料应尽可能满足以下条件:
  (1)热电偶应有较大的热电动势和热电动势率,并且热电动势值与温度值之"间呈线性或近似线性关系的单值函数。
  (2)能应用在较宽的温度范围内,物理、化学性能都比较稳定。在测量高温时,要求热电偶材料有较好的耐热性、   性、抗还原性及性。对于应用在核辐射场合的热电偶,还要求有较好的抗辐照特性。
  (3)电导率高,电阻温度系数小。测量回路的电阴.变化会影响仪表的指示值,如果热电偶的阻值比仪表内阻小得多,且阻值随温度变化较小,则在测量回路中的电阻变化就会很小,测温误差就会小。
  (4)易于复制加工,工艺性好,便于定制统一的分度表。
  (5)材料资源丰富,廉。
  实际生产中很难找到一种能够   满足上述条件的材料选择材料时,应根据具体情况,找出加工原料,使制作的热电偶达到所期望的要求。热电偶按电极特性分类,可分为难熔金属热电偶、贵金属热电偶、廉金属热电偶及非金属热电偶;按使用温度范围分类,可分为高温热电偶、中温热电偶及低温热电偶;按热电偶结构类型分类,可分为普通热电偶、恺装热电偶及结构热电偶;按照用途分类可分为:标准热电偶和工作用热电偶两种;按照工业化标准情况划分,可分为标准化热电偶和非标准化热电偶。常用的八种热电偶分别是铂铑10一铂热电偶(S型)、铂铑13一铂热电偶(R型)、铂铑30-铂铑6热电偶(B型)、镍铬一镍硅热电偶(K型)、镍铬硅-镍硅热电偶(N型)、镍铬-铜镍(康铜)热电偶(E型)、铁-铜镍(康铜)热电偶(J型)和铜-铜镍(康铜)热电偶(T型)。
  热电偶的热电势大小与电极材料以及两连接点的温度差有关。热电偶的分度表和根据分度表标定的温度仪表都是以热电偶参考端等于0℃为前提条件的。但在使用热电偶测温时,要参考端温度准确的保持在0℃很难,为了准确的测温,就   采取修正或补偿措施。将参考端温度恒定在0℃时,因为在一个标准大气压下,冰和水的平衡温度是0℃,检定时一通常用清洁的水制成冰水混合物放在保温瓶中,使水面略低于冰面,这样实现的平衡温度为0℃构成冰点器,再将热电偶的两个电极分别插在冰点器中。这样热电偶在测温时,可接入测量仪表,测得热电动势后,经查热电偶分度表或经测量仪表换算显示即可知道被测点的温度。
  2、热电阻传感器
  金属都具有晶体结构,正离子按照   的方式排列形成各种晶格,从原子中分离出来的电子,可以在晶格间做自由无规则的热运动。自由电子在晶格间的运动速度非常的快,运动又是杂乱无章的。自由电子的热运动速度是变化的,它的速度与温度有着密切的关系。温度越高其运动的速度越快,自由电子布满了整个金属体,这与密封在容器里的气体分子非常相似。它的热运动速度与温度的关系类似理想气体,当金属导体中有电场存在时,每个自由电子都受电场力的作用。当温度升高时,无规则的热运动节奏加快,导致了金属电阻率的增加。所以,金属导体电阻随温度升高而变大。因为金属材料的电阻值会随温度的变化而改变,并呈现出   的函数关系,利用这一特性制成温度传感器来进行温度测量。热电阻传感器就是用金属导体或金属氧化物做测温介质,利用随温度而变化的电阻值作为测温量。
  工业铂热电阻的温度范围为-200至850℃,工业铜热电阻适用于-50至150℃。都是由接线盒、接线柱、接线座、保护管、内引线及感温元件组成。制造热电阻的丝材一般为纯金属,如铂、铜、镍、钨、锢等。虽然有很多导体的电阻随着温度的变化而变化,但并不是所有的材料都能用来制造热电阻。根据现场实际测量温度的需要,用来制造热电阻的材料有如下要求:
  (1)大的电阻温度系数。即温度每变化1℃时,金属相应的阻值变化要尽量大一些,这样比较容易被电测仪表反映出来。
  (2)大的电阻率。在   的温度下,导体的电阻除一了和导体祠料有关,还与导体的长度成正比,与导体的横截面积成反比;当电阻值   时,热电阻丝的电阻率越大,则可用较短的热电阻丝制成热电阻,从而使热电阻传感器的体积减小。体积小的热电阻,热容量小,其热响应时间也变小,因此在测量温度时,对温度的变化反应   。
  (3)电阻与温度关系特性好。热电阻丝的电阻值与温度的关系包括两个方面:一是要求在整个温度测量范围内,其电阻与温度关系   好是呈线性关系,或者只需要一个方程式,即电阻值和温度的关系是单值函数;二是要求同一种材料,每批材料都应符合它的电阻值与温度关系特性要求,也就是同一种材料的复现性或复制性好。
  (4)物理化学性能稳定且容易提纯。在整个温度测量范围内要求其物理化学性能很稳定,不易被氧化或和周围介质发生任何作用。因为制造热电阻的材料非常的细,当它的截面稍有缩小时,电阻将明显增大,使所测得的温度偏大,从而引入过大的误差。
  (5)测温范围要宽、、膨胀系数与骨架材料有较好的匹配性。

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