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1、关于温度热电偶冷端补偿与热电阻1第一页，本课件共有41页2（1）冰点法）冰点法 将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在度保持在0 C不变。此法也称不变。此法也称冰浴法冰浴法，它消除了，它消除了t0不等于不等于0 C而而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于实验室实验室中。中。在所有的方法中，精度最高。在所有的方法中，精度最高。在冰瓶中，冰水混合在冰瓶中，冰水混合物的温度能较长时间地保物的温度能较长时间地保持在持在0 0 C C不变。不变。第二页，本课件共有41页3
2、冰点法接线图冰点法接线图 1-被被测测流体管道流体管道，2-热电热电偶偶，3-接接线线盒，盒，4-补偿导线补偿导线，5-铜质导线铜质导线，6-毫伏表，毫伏表，7-冰瓶，冰瓶，8-冰水混合物，冰水混合物，9-试试管（装有油管（装有油类类或水或水银银），），10-新的冷端新的冷端第三页，本课件共有41页4（2）热电势修正法）热电势修正法 将将冷冷端端置置于于已已知知的的恒恒温温条条件件，保保持持t0稳稳定定不不变变，根根据据中中间间温温度定律：度定律：E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)再根据测得的热电势再根据测得的热电势E(t,t0)和查到的和查到的E(t0,0)之和去查分度表，之和去查
3、分度表，即可得到被测的实际温度。即可得到被测的实际温度。第四页，本课件共有41页5例：现镍铬例：现镍铬-镍硅（分度号为镍硅（分度号为K）热电偶测一高温，输出电势为）热电偶测一高温，输出电势为EAB（T，TN）=33.29mV，已知环境温度，已知环境温度TN=30，求被测温，求被测温度度T。解：查表的解：查表的EAB（30，0）=1.2mVEAB（T，0）=EAB（T，30）+EAB（30，0）=33.29+1.203=34.493mV再查分度号为再查分度号为K的分度表得：的分度表得：T=820时，时，EAB（820，0）=34.095mVT=830时，时，EAB（830，0）=34.502mV
4、T=820+（34.493-34.095）/（34.502-34.095）*（830-820）=829.7 热电势修正法举例热电势修正法举例另：另：33.29mV查表对于查表对于800.3 第五页，本课件共有41页6机械零点调整法机械零点调整法 指针被预调到室温（指针被预调到室温（30 C）可补偿冷端损失可补偿冷端损失第六页，本课件共有41页7（3）冷端补偿器法）冷端补偿器法 很多工业生产过程既没有保持很多工业生产过程既没有保持0的条件，也没有的条件，也没有长期维持参比端恒温的条件，热电偶的参比端温度长期维持参比端恒温的条件，热电偶的参比端温度t0往往往是随时间和所处的环境而变化的。在此情况下
5、往是随时间和所处的环境而变化的。在此情况下可以采用冷端补偿器来自动补偿可以采用冷端补偿器来自动补偿t0的变化。的变化。第七页，本课件共有41页8（3）冷端补偿器法）冷端补偿器法 冷端补偿器是一个不平衡冷端补偿器是一个不平衡电桥，桥臂电桥，桥臂R1=R2=R3=1，采用锰铜丝无感绕制，采用锰铜丝无感绕制，其电阻温度系数趋于零。桥其电阻温度系数趋于零。桥臂臂R4用铜丝无感绕制，其电用铜丝无感绕制，其电阻温度系数约为阻温度系数约为4.310-3-1 当温度为当温度为0时时R4=1。Rg为限流电阻，配用不同分度号为限流电阻，配用不同分度号热电偶时热电偶时Rg作为调整补偿器供电电流之用。桥路供电电压为直
6、作为调整补偿器供电电流之用。桥路供电电压为直流电，大小为流电，大小为4V。第八页，本课件共有41页9（3）冷端补偿器法）冷端补偿器法 当热电偶参比端和补偿器当热电偶参比端和补偿器的温度的温度t0=0时，补偿器桥时，补偿器桥路四臂电阻路四臂电阻RR4均为均为1，电桥处于平衡状态，桥路输，电桥处于平衡状态，桥路输出端电压出端电压Uba，指示仪表所，指示仪表所测得的总电势为测得的总电势为 EE(t,t0)+Uba=E(t,0)第九页，本课件共有41页10（3）冷端补偿器法）冷端补偿器法 EE(t,t0)+Uba=E(t,0)当当t0随环境温度增高时，随环境温度增高时，R4增大，增大，则则a点电位降低
7、，使点电位降低，使Uba增加。同时由增加。同时由于于t0增高，增高，E(t,t0)将减小。通过合理设将减小。通过合理设计桥路限流电阻计桥路限流电阻Rg，使，使Uba的增加值的增加值恰等于恰等于E(t,0)-E(t,t0),那么指示仪表所那么指示仪表所测得的总电势将不随测得的总电势将不随t0而变，相当于而变，相当于热电偶参比端自动处于热电偶参比端自动处于0。只有在平衡点温度和计算点温度下可以得到完全补偿，而在其它各参比端温度值时只有在平衡点温度和计算点温度下可以得到完全补偿，而在其它各参比端温度值时只能得到近似的补偿。因此采用冷端补偿器作为参比端温度的处理方法会带来一定的附只能得到近似的补偿。因
8、此采用冷端补偿器作为参比端温度的处理方法会带来一定的附加误差。我国工业用的冷端补偿器有两种参数：一种是平衡点温度定为加误差。我国工业用的冷端补偿器有两种参数：一种是平衡点温度定为0；另一种；另一种是定为是定为20。它们的计算点温度均为。它们的计算点温度均为40。第十页，本课件共有41页11 XT-WBC热电偶冷端热电偶冷端补偿器补偿器注意：与被补偿热电偶对应型号的补偿电桥。注意：与被补偿热电偶对应型号的补偿电桥。（3）冷端补偿器法）冷端补偿器法 第十一页，本课件共有41页12 热电偶冷端的延长热电偶冷端的延长 采用相对采用相对廉价廉价的补偿导线，可的补偿导线，可延长热电偶的冷端延长热电偶的冷端
9、，使之远离高温区；可节约大量贵金属；易弯曲，便于使之远离高温区；可节约大量贵金属；易弯曲，便于敷设。敷设。补偿导线在补偿导线在0 0100100 C范围内的热电势与配套的热电偶范围内的热电势与配套的热电偶的热电势相等，所以不影响测量精度。的热电势相等，所以不影响测量精度。第十二页，本课件共有41页补偿导线型号（续）补偿导线型号（续）第十三页，本课件共有41页14补偿导线分：补偿导线分：型（与所配的热电极相同的合金）型（与所配的热电极相同的合金）型（与所配的热电极型（与所配的热电极不同不同的合金）的合金）注：如镍铬注：如镍铬-考铜的前者（镍铬）为考铜的前者（镍铬）为“+”（用红色标示），后（用红
10、色标示），后者考铜为者考铜为“-”（用白色标示）。（用白色标示）。第十四页，本课件共有41页15补偿导线外形补偿导线外形 AB屏蔽层屏蔽层保护层保护层第十五页，本课件共有41页162.2.6 热电偶实用测温线路热电偶实用测温线路 一、一、测量某点温度的基本电路测量某点温度的基本电路 只要只要C的两端温度的两端温度相等就对测量精相等就对测量精度无影响。度无影响。冷端在仪表外面（可以冷端在仪表外面（可以在恒温器中）的线路。在恒温器中）的线路。如果配用仪表是动圈式如果配用仪表是动圈式的，则补偿导线电阻应的，则补偿导线电阻应尽量小。尽量小。第十六页，本课件共有41页17图图2-14 多点测温线路多点测
11、温线路1工作端热电偶；工作端热电偶；2工作端补偿导线；工作端补偿导线；3接线板；接线板；4铜导线；铜导线；5切换开关；切换开关；6数字显示仪；数字显示仪；7参比端补偿导线；参比端补偿导线；8参比端热电偶参比端热电偶 第十七页，本课件共有41页18mV一、一、串联电路串联电路 三个热电偶工作在线性三个热电偶工作在线性区时代表着多点温度之和。区时代表着多点温度之和。任一热电偶烧坏都可立即知任一热电偶烧坏都可立即知道，且可得到较大的电动势。道，且可得到较大的电动势。每一热电偶引出的补偿每一热电偶引出的补偿导线必须接到仪表的冷端处。导线必须接到仪表的冷端处。第十八页，本课件共有41页19二、二、测量两
12、点之间温度差的连接电路测量两点之间温度差的连接电路 用两支同型号热电偶配用相同的补偿导线，使两热电动势相用两支同型号热电偶配用相同的补偿导线，使两热电动势相互抵消，因此可测量温度差值。互抵消，因此可测量温度差值。注：热电动势注：热电动势E E必须必须与温度与温度T T呈线性关系呈线性关系 mV第十九页，本课件共有41页20mV三、三、测量多点之间的平均温度的电路测量多点之间的平均温度的电路 并联电路并联电路 三个热电偶工作在线性三个热电偶工作在线性区时代表着平均温度。每个区时代表着平均温度。每个热电偶需串联较大电阻，且热电偶需串联较大电阻，且分度与单个热电偶一样。分度与单个热电偶一样。某一热电
13、偶坏了不易及时某一热电偶坏了不易及时发现。发现。第二十页，本课件共有41页212.3 电阻电阻温度计温度计本节重点：本节重点：（1）热电阻的测温）热电阻的测温原理原理（2）热电阻测温的）热电阻测温的特点特点2.3.1 热电阻的测温原理热电阻的测温原理 利用某些导体或半导体材料的利用某些导体或半导体材料的电阻值随温度变化电阻值随温度变化的性质的性质来做成温度测量敏感元件，即热电阻温度计或半导体热敏电来做成温度测量敏感元件，即热电阻温度计或半导体热敏电阻温度计。阻温度计。大多数金属导体的电阻值与温度大多数金属导体的电阻值与温度t()的关系可表示为的关系可表示为：第二十一页，本课件共有41页22金属
14、热电阻称为热电阻，半导体热电阻称为热敏电阻。金属热电阻称为热电阻，半导体热电阻称为热敏电阻。热热电电阻阻广广泛泛用用来来测测量量-200850范范围围内内的的温温度度，少少数数情情况况下下，低低温温可可测测量量至至1K，高高温温达达1000。标标准准铂铂电电阻阻温温度度计计的的精精确确度度高高，作作为为复复现现国国际际温温标标的的标标准准仪仪器器。热热电电阻阻也也可可与与温温度度变变送送器器连连接接，转换为标准电流信号输出。转换为标准电流信号输出。金属热电阻和半导体热电阻两大类金属热电阻和半导体热电阻两大类热电阻热电阻第二十二页，本课件共有41页23热电阻温度计的特点热电阻温度计的特点（与热电
15、偶比较）（与热电偶比较）（1）同样温度下输出信号大，灵敏度高信号大，灵敏度高 例如：例如：0 100 0 100，K K热电偶热电偶 0 4.096mV 0 4.096mV S S热电偶热电偶 0 0.646mV 0 0.646mV 而而Pt100Pt100铂电阻铂电阻 100 100欧欧 138.51 138.51欧欧（2）测温上限低；测量准确度高测温上限低；测量准确度高 热电阻在热电阻在-200650-200650 的测量范围内使用；的测量范围内使用；在低温区，热电偶热电特性非线性大，输出电势小，抗干扰在低温区，热电偶热电特性非线性大，输出电势小，抗干扰能力较小，测量误差大。热电阻的线性度
16、、复现性及稳定性均能力较小，测量误差大。热电阻的线性度、复现性及稳定性均较好，故在测温范围较好，故在测温范围630 630，测温学上把铂电阻温度计选定，测温学上把铂电阻温度计选定为基准温度计。为基准温度计。第二十三页，本课件共有41页24（3）热电阻感温体结构复杂，体积较大，热惯性大，不不适宜测体积狭小和温度变化快的温度，抗冲击和振动适宜测体积狭小和温度变化快的温度，抗冲击和振动性能也差。性能也差。（4）热电阻的测量必须借助于外加电源 通常采用电桥将电阻值转换成电压输出，而热电偶通常采用电桥将电阻值转换成电压输出，而热电偶可直接输出；热电偶需自由端温度补偿，热电阻不需，可直接输出；热电偶需自由
17、端温度补偿，热电阻不需，其起始电阻其起始电阻R R0 0 是利用电桥平衡原理自动消去。是利用电桥平衡原理自动消去。第二十四页，本课件共有41页25 热电阻温度传感器材料的选择标准（1 1）电阻温度系数）电阻温度系数 尽可能大且稳定，有利于提高传尽可能大且稳定，有利于提高传感器的灵敏度和准确度；感器的灵敏度和准确度；电阻温度系数电阻温度系数：表征金属热电阻阻值随温度的变化：表征金属热电阻阻值随温度的变化大小，其定义式为：大小，其定义式为：=（R R100100-R-R0 0）/100R/100R0 0（2 2）电阻率尽可能大，有利于减小传感器的体积和热）电阻率尽可能大，有利于减小传感器的体积和热
18、惯性；惯性；（3 3）在规定的使用温度范围内，其物理与化学性能要稳定；）在规定的使用温度范围内，其物理与化学性能要稳定；（4 4）材料的复现性好，价格便宜。）材料的复现性好，价格便宜。第二十五页，本课件共有41页26常用热电阻常用热电阻 用用于于制制造造热热电电阻阻的的材材料料应应具具有有尽尽可可能能大大和和稳稳定定的的电电阻阻温温度度系系数数和和电电阻阻率率，R-t关关系系最最好好成成线线性性，物物理理化化学学性性能能稳稳定定，复复现现性性好好等等。目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。(1)铂铂热热电电阻阻 铂铂热热电电阻阻的的特特点点是是精精度度
19、高高、稳稳定定性性好好、性性能能可可靠靠，所所以以在在温温度度传传感感器器中中得得到到了了广广泛泛应应用用。按按IEC标标准准，铂铂热热电电阻阻的的使使用用温度范围为温度范围为-200850。第二十六页，本课件共有41页27在在0850的温度范围内的温度范围内 Rt=R0(1+At+Bt2)式中：式中：Rt和和R0铂热电阻分别在铂热电阻分别在t和和0时的电阻值；时的电阻值；A、B和和C常数。常数。在在ITS90 中，这些常数规定为中，这些常数规定为 A=3.9684710-3/B=-5.84710-7/2 C=-4.2210-12/4 第二十七页，本课件共有41页28热电阻在温度热电阻在温度t
20、时的电阻值与时的电阻值与0时的电阻值时的电阻值R0有关。有关。R0=50,100,300三种三种分别为分别为Pt50、Pt100、Pt300 Rt-t的关系表称为分度表的关系表称为分度表铂热电阻中的铂丝纯度用电阻比铂热电阻中的铂丝纯度用电阻比W（100）表示，即）表示，即 式中：式中：R100铂热电阻在铂热电阻在100时的电阻值；时的电阻值；R0铂热电阻在铂热电阻在0时的电阻值。时的电阻值。电电阻阻比比W（100）越越大大，其其纯纯度度越越高高。按按IEC标标准准，工工业业使使用用的的铂铂热热电电阻阻的的W1001.3851。目目前前技技术术水水平平可可达达到到W（100）=1.3930，其其
21、对对应铂的纯度为应铂的纯度为99.9995%。第二十八页，本课件共有41页29我国机械行业标准我国机械行业标准JB/T 8622 JB/T 8622 规定的工业用铂电阻允差：规定的工业用铂电阻允差：A级：(0.15+0.002t)B级：(0.3+0.005t)t为温度的绝对值，换算成换算成00时电阻误差：时电阻误差：A级：0.06%R0B级：0.12%R0温度误差与阻值误差的关系温度误差与阻值误差的关系，以以P Pt100t100为例为例(R0=100）灵敏度大约0.385/0.3*0.385/=0.115=0.120.12/100=0.12%第二十九页，本课件共有41页30 (2)铜铜热热电
22、电阻阻 由由于于铂铂是是贵贵重重金金属属，因因此此，在在一一些些测测量量精精度度要要求求不不高高且且温温度度较较低低的的场场合合，可可采采用用铜铜热热电电阻阻进进行行测测温温，它它的的测测量量范围为范围为-50150。铜铜热热电电阻阻在在测测量量范范围围内内其其电电阻阻值值与与温温度度的的关关系系可可近近似似地地表表示为示为 Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3)式式中中A=4.2889910-3(-1);B=-2.13310-7(-2);C=1.23310-9(-3)。铜热电阻有两种分度号，分别为铜热电阻有两种分度号，分别为Cu50和和Cu100。铜铜热热电电阻阻线线性性好好，价价格格便便宜
23、宜，但但它它测测量量范范围围窄窄，易易氧氧化化，不不适适宜宜在腐蚀性介质或高温下工作。在腐蚀性介质或高温下工作。第三十页，本课件共有41页312.3.2 热电阻的结构热电阻的结构 热电阻结构 直径直径1 mm的银的银丝或镀银铜丝丝或镀银铜丝云母、石英或陶瓷云母、石英或陶瓷塑料塑料双线无感绕双线无感绕法法外接线路相外接线路相连连电阻丝和电阻丝和电阻支架电阻支架测量电路：经常采用电桥电路测量电路：经常采用电桥电路第三十一页，本课件共有41页32图图 内部引线方式内部引线方式 连接方式：引线方式有二线制、三线制和四线制三种连接方式：引线方式有二线制、三线制和四线制三种二线制中引线二线制中引线电阻对测
24、量影电阻对测量影响大，响大，用于测用于测温精度不高的温精度不高的场合场合三线制可以减小热电阻三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。化所引起的测量误差。四线制可以完全消四线制可以完全消除引线电阻对测量除引线电阻对测量的影响，用于高精的影响，用于高精度温度检测。度温度检测。第三十二页，本课件共有41页33图图 热电阻传感器热电阻传感器 热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成，如下图所示。热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成，如下图所示。第三十三页，本课件共有41页342.3.3 2.3.3 特殊特殊热电
25、阻热电阻铠装热电阻铠装热电阻薄膜铂电阻薄膜铂电阻厚膜铂电阻厚膜铂电阻热敏电阻热敏电阻第三十四页，本课件共有41页35铠装热电阻铠装热电阻它是将它是将热电阻装入有内引线的金属套管内，热电阻装入有内引线的金属套管内，并用并用氧化镁填实、焊封而成的坚实整体。氧化镁填实、焊封而成的坚实整体。外径尺寸小，响应速度快，抗振，可挠外径尺寸小，响应速度快，抗振，可挠。第三十五页，本课件共有41页36薄膜铂热电阻 它以激光喷镀，显微照相和平版印刷光刻技术对电阻值以数字修整方式作出微调，因而能提供最精确的电阻值。1、阻值：PT20、PT50、PT100、PT200、PT500、PT10002、级别：A级，B级，1
26、/3B级，1/10B级3、温度范围：-50-6004、芯片尺寸：2*2.3*1.3mm(宽长厚)5、引线材料：纯铂金第三十六页，本课件共有41页37厚膜铂电阻RDHRDH系列厚膜铂电阻系列厚膜铂电阻 pt100/PT1000 pt100/PT1000适用于适用于-50-50+200+200。特点成本低：成本低：采用铂浆料铂浆料，运用微电子厚膜工艺，经丝网印刷高温烧结激光调阻成品检测等工序制作厚膜铂电阻元件。新工艺减少了贵金属的使用量，并配合不同的应用温度范围，使用不同的导线材质，大幅度改善了传统绕线式铂电阻温度传感器高成本的缺点。稳定稳定性性好：好：由于铂的特性稳定，在-200+600的宽温度
27、范围内，厚膜铂电阻的温度系数几乎为常数，对于用户在设计线路时十分方便。安装简便：安装简便：尺寸小，大量应用于空调、制冷、化工、食品、实验室等设备的内部、表面及外部测量。厚膜铂电阻元件厚膜铂电阻温度传感器第三十七页，本课件共有41页38热敏电阻 按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTCPTC）、负温负温度系数热敏电阻器（度系数热敏电阻器（NTCNTC）和临界温度热敏电阻）和临界温度热敏电阻（CTRCTR）。电阻温度系数大，灵敏度较高；电阻值高电阻温度系数大，灵敏度较高；电阻值高；稳定性和互换性较；稳定性和互换性较差。差。阻阻-温特性应用：温特性应
28、用：冷房、暖风机、电饭煲、汽车、火灾报警器、电热毯等冷房、暖风机、电饭煲、汽车、火灾报警器、电热毯等第三十八页，本课件共有41页392.3.4 2.3.4 热电阻测温线路热电阻测温线路电阻丝(a)内部引线方式 (b)接法一 (c)接法二三线制热电阻引线方式及测温电桥接法三线制热电阻引线方式及测温电桥接法白 白红(a)内部引线方式 (b)测量桥路及其等效电路 四线制热电阻引线方式及测温电桥接法四线制热电阻引线方式及测温电桥接法电阻丝红 红 白 白tr1 r2 r3 r4V恒流源恒流源I0Rt电桥法电桥法第三十九页，本课件共有41页40第四十页，本课件共有41页感谢大家观看第四十一页，本课件共有41页