B-第二章 温度测量 下载本文

C,三线制 结构:

在热电阻的一段连接两个导线,另一端连接一根导线构成三线制。 工作原理:

调R1,电桥平衡:

(RA?R1)?R3?R2?(Rt?RB)

设计成:R2?R3,则:

R1?RA?Rt?RB

设RA?RB,则:

R1?Rt

当温度升高,电桥不平衡,则:

(RA?R1??RA)?R3?R2?(R1??Rt?RB??RB),即:R1?Rt??Rt

所以电桥的不平衡是由于Rt的变化,导线电阻变化被抵消。

结论:

工业热电阻通常利用三线制,尤其在导线长,导线温度发生变化等场合,温度范围窄的情况下(导线变化大于Rt变化),更应采用。 C,四线制 结构:

在热电阻两端各连接两个引线的方式,其中两根导线为热电阻提供恒流源,热电阻上产生的压降通过另两根引线的电位差计进行测量。

- 17 -

Mv表上就是Rt的电压变化,消除引线电阻的影响。由于I1恒流,I2很小,V?I1Rt,V?Rt,○这样就与导线电阻无关了。 3,半导体电阻温度计 (1)特点

A,金属热电阻的缺点不足: 热电阻温度特性:

RT?R0[1?AT?BT2],

这是一个抛物线,R0比较小。所以电阻随温度的变化不大。

电阻随温度变化不大,再加上电阻温度系数较小也可以看出?灵敏度不高。而半导体电阻温度系数大,灵敏度高。

B,半导体温度计,如热敏电阻温度计,测温范围比较宽?269?C?1350?C。 C,大量用于家用电器,汽车等。 (2)热敏电阻温度计 A,热敏电阻材料

由锰、镍、钴的氧化物掺杂锗和碳化玻璃构成的热敏电阻。t?则R?。称为负温度系数热敏电阻(NTC),Negative Temperature Coefficient。

钛酸钡掺杂硅等构成的热敏电阻,t?则R?。称为正温度系数的热敏电阻(PTC),Passive Temperature Coefficient。 B,温度特性关系式

RT?R0exp[?(11?)] TT0T0:参考温度。

- 18 -

R0:参考温度下的电阻。

?:正NTC,负 PTC。

负温度系数的热敏电阻,1500K-6000K,?正值,且为负的温度系数,常用的热敏电阻为NTC。t?则R?。

正温度系数的热敏电阻PTC,t?则R?。且达到某一个值时,阻值突然变大,PTC可作为开关型温度元件,用于报警。 C,特点

? 灵敏度高,温度系数???3?10?C多倍,可不用放大,直接输出信号。

? 电阻值高,常温参考阻值千欧以上,引线电阻10欧姆,几乎无影响,不必用三线制、四线制。

? 响应速度快,热惯性小,可用于动态测量(阻值大,则电阻率高,则体积小) ? 阻值与温度非线性 D,形状

圆形: 杆形: 垫圈形:

?2?1~?610?2?C?1(NTC),是金属电阻的10

E,电路 仍然是桥路

4,热电阻温度计的使用主要事项

(1)减小热电阻的时效变化,尽可能避免处于温度急剧变化的环境。 (2)保证准确性,应经过充分共热(保护管的影响)。 (3)避免电流过大,导致电阻发热,造成测量误差。 5,误差分析

(1)传热误差,未充分传热,未达到热平衡。 (2)分度误差。

(3)自热误差,流经电流产生温升引起的误差。 (4)测量线路引起的误差。

两线制、三线制引入的误差:两线制较大,三线制较小。三线制也加入误差,因假设

- 19 -

实际RA,RB是不严格相等的,固然也引入误差。 RA?RB,?RA??RB,才抵消掉导线电阻,七,热电偶温度计

热电偶温度计是以热电偶为感温元件的温度计,应用场合广泛,测温准确度高,测温范围宽(低4K—高2800?C,热电阻低1K—高1000?C),测度输出为电信号,便于远传。 1,热电偶测温原理

热电偶测温是基于热电效应。 (1)热电效应

把两种不同的导体或半导体A,B连接成闭合回路,即两个接点焊接在一起。并将两个接点1,2分别置于不同的温度T,T0,设T?T0,则:该回路中就会产生电势,这种现象称为热电效应或赛贝克效应,产生的电势称为热电势,记为EAB(T,T0)。

导体A,B称为热电偶的热电极,A表示正极,B表示负极,组合成为热电偶。测温时,接点1放入被测对象中,称之为测量端,热端或工作端。接点2处于环境中,要求温度恒定,称为参考端,冷端或自由端。 (2)测量原理

热电偶通过测量热电势实现测温,即热电势与温度有对应关系,热电势由两部分组成:接触电势,温差电势,基于帕尔帖效应,基于汤姆逊效应 ? 两种导体的接触电势

A,导体?导电?其中有自由电子?自由电子密度?材料和温度(T?自由电子脱离原子核,成为自由电子?自由电子密度上升)

B,两种导体A、B,接触,其自由电子密度分别为NAT,NBT,设NAT?NBT。

A、B接触?导体自由电子相互自由扩散(密度高A向密度低的B扩散,同时B也向A扩散)?扩散速率与自由电子的密度和所处温度成正比?单位时间内A扩散到B的自由电子要比B扩散到A的自由电子多?导体A带正电,B带负电?A、B接触处形成电势差,形成静电场?方向与扩散相反?阻碍扩散?扩散和静电电场的阻力达到静态平衡?接触点处接触电势,温度为T。

- 20 -