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熱電偶與熱電阻均屬于溫度測(cè)量中的接觸式測(cè)溫,盡管其作用相同都是測(cè)量物體的溫度,但是他們的原理與特點(diǎn)卻不盡相同。
熱電偶是溫度測(cè)量中應(yīng)用*廣泛的溫度器件,他的主要特點(diǎn)就是測(cè)量范圍寬,性能比較穩(wěn)定,同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,動(dòng)態(tài)響應(yīng)好,更能夠遠(yuǎn)傳4-20mA電信號(hào),便于自動(dòng)控制和集中控制。熱電偶的測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)。將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路,當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí),回路中將產(chǎn)生熱電勢(shì),這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng),又稱為塞貝克效應(yīng)。閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢(shì)有兩種電勢(shì)組成:溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。
溫差電勢(shì)是指同一導(dǎo)體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢(shì),不同的導(dǎo)體具有不同的電子密度,所以他們產(chǎn)生的電勢(shì)也不相同,而接觸電勢(shì)顧名思義就是指兩種不同的導(dǎo)體相接觸時(shí),因?yàn)樗麄兊碾娮用芏炔煌援a(chǎn)生一定的電子擴(kuò)散,當(dāng)他們達(dá)到一定的平衡后所形成的電勢(shì),接觸電勢(shì)的大小取決于兩種不同導(dǎo)體的材料性質(zhì)以及他們接觸點(diǎn)的溫度。目前國(guó)際上應(yīng)用的熱電偶具有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,國(guó)際上規(guī)定熱電偶分為八個(gè)不同的分度,分別為B,R,S,K,N,E,J和T,其測(cè)量溫度的**可測(cè)零下270攝氏度,**可達(dá)1800攝氏度,其中B,R,S屬于鉑系列的熱電偶,由于鉑屬于貴重金屬,所以他們又被稱為貴金屬熱電偶而剩下的幾個(gè)則稱為廉價(jià)金屬熱電偶。
熱電偶的結(jié)構(gòu)有兩種,普通型和鎧裝型。普通性熱電偶一般由熱電極,絕緣管,保護(hù)套管和接線盒等部分組成,而鎧裝型熱電偶則是將熱電偶絲,絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者組合裝配后,經(jīng)過拉伸加工而成的一種堅(jiān)實(shí)的組合體。
熱電偶的電信號(hào)需要一種特殊的導(dǎo)線來進(jìn)行傳遞,這種導(dǎo)線我們稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。不同的熱電偶需要不同的補(bǔ)償導(dǎo)線,其主要作用就是與熱電偶連接,使熱電偶的參比端遠(yuǎn)離電源,從而使參比端溫度穩(wěn)定。補(bǔ)償導(dǎo)線又分為補(bǔ)償型和延長(zhǎng)型兩種,延長(zhǎng)導(dǎo)線的化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕枷嗤?,但是?shí)際中,延長(zhǎng)型的導(dǎo)線也并不是用和熱電偶相同材質(zhì)的金屬,一般采用和熱電偶具有相同電子密度的導(dǎo)線代替。補(bǔ)償導(dǎo)線的與熱電偶的連線一般都是很明了,熱電偶的正極連接補(bǔ)償導(dǎo)線的紅色線,而負(fù)極則連接剩下的顏色。一般的補(bǔ)償導(dǎo)線的材質(zhì)大部分都采用銅鎳合金。
熱電阻雖然在工業(yè)中應(yīng)用也比較廣泛,但是由于他的測(cè)溫范圍使他的應(yīng)用受到了一定的限制,熱電阻的測(cè)溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。其優(yōu)點(diǎn)也很多,也可以遠(yuǎn)傳電信號(hào),靈敏度高,穩(wěn)定性強(qiáng),互換性以及準(zhǔn)確性都比較好,但是需要電源激勵(lì),不能夠瞬時(shí)測(cè)量溫度的變化。
工業(yè)用熱電阻一般采用Pt100,Pt10,Cu50,Cu100,鉑熱電阻的測(cè)溫的范圍一般為零下200-800攝氏度,銅熱電阻為零下40到140攝氏度。熱電阻和熱電偶一樣的區(qū)分類型,但是他卻不需要補(bǔ)償導(dǎo)線,而且比熱點(diǎn)偶便宜。
一、概念
1.熱電阻的基本概念
熱電阻是中低溫區(qū)*常用的一種溫度檢測(cè)器。熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測(cè)量的。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高,性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量**度是**的,它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫,而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測(cè)量的。熱電阻大都由純金屬材料制成,目前應(yīng)用*多的是鉑和銅,此外,現(xiàn)在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。
2.熱電偶的基本概念
熱電偶是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件,它直接測(cè)量溫度,并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào),通過電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。它將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來,構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí),兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調(diào)節(jié)器配套使用。
二、優(yōu)勢(shì)特性
1.與普通型熱電阻相比,它有下列優(yōu)點(diǎn):
?、袤w積小,內(nèi)部無空氣隙,熱慣性上,測(cè)量滯后??;
?、跈C(jī)械性能好、耐振,抗沖擊;
?、勰軓澢阌诎惭b;
?、苁褂脡勖L(zhǎng)。
2.熱電偶是工業(yè)上*常用的溫度檢測(cè)元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是:
①構(gòu)造簡(jiǎn)單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限制,外有保護(hù)套管,用起來非常方便。
?、跍y(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測(cè)量,某些特殊熱電偶**可測(cè)到-269℃(如金鐵鎳鉻),**可達(dá)+2800℃(如鎢-錸)。
?、蹨y(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸,不受中間介質(zhì)的影響。
三、種類及構(gòu)成
1.熱電阻的結(jié)構(gòu)
1)普通型熱電阻。從熱電阻的測(cè)溫原理可知,被測(cè)溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測(cè)量的,因此,熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制,
2)隔爆型熱電阻。隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒,把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi),生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla~B3c級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。
3)端面熱電阻。端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制,緊貼在溫度計(jì)端面,其結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示。它與一般軸向熱電阻相比,能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度,適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。
4)鎧裝熱電阻。鎧裝熱電阻是由感溫元件(電阻體)、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體它的外徑一般為φ2~φ8mm,*小可達(dá)φmm.
2.熱電偶的種類
常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶,它有與其配套的顯示儀表可供選用。
1)非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶,一般也沒有統(tǒng)一的分度表,主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。
2)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國(guó)從1988年1月1日起,熱電偶和熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。
四、熱電阻和熱電偶的區(qū)別分析
熱電阻和熱電偶一樣的區(qū)分類型,但是他卻不需要補(bǔ)償導(dǎo)線,而且比熱電偶便宜。熱電偶是一種測(cè)溫度的傳感器,與熱電阻一樣都是溫度傳感器,但是他和熱電阻的區(qū)別主要在于:
1.信號(hào)的性質(zhì),熱電阻本身是電阻,溫度的變化,使電阻產(chǎn)生正的或者是負(fù)的阻值變化;而熱耦,是產(chǎn)生感應(yīng)電壓的變化,他隨溫度的改變而改變。
2.兩種傳感器檢測(cè)的溫度范圍不一樣,熱阻一般檢測(cè)0-150度溫度范圍,**測(cè)量范圍可達(dá)600度左右(當(dāng)然可以檢測(cè)負(fù)溫度)。 熱耦可檢測(cè)0-1000度的溫度范圍(甚至更高)所以,前者是低溫檢測(cè),后者是高溫檢測(cè)。
3.從材料上分,熱阻是一種金屬材料,具有溫度敏感變化的金屬材料,熱耦是雙金屬材料,既兩種不同的金屬,由于溫度的變化,在兩個(gè)不同金屬絲的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差。
4.PLC對(duì)應(yīng)的熱電阻和熱電偶的輸入模塊也是不一樣的,這句話是沒問題,但一般PLC都直接接入4~20ma信號(hào),而熱電阻和熱電偶一般都帶有變送器才接入PLC.要是接入DCS的話就不必用變送器了!熱電阻是RTD信號(hào),熱電歐是TC信號(hào)!
5.PLC也有熱電阻模塊和熱電偶模塊,可直接輸入電阻和電偶信號(hào)。
6.熱電偶有J、T、N、K、S等型號(hào),有比電阻貴的,也有比電阻便宜的,但是算上補(bǔ)償導(dǎo)線,綜合造價(jià)熱電偶就高了。 熱電阻是電阻信號(hào),熱電偶是電壓信號(hào)。
7.熱電阻測(cè)溫原理是根據(jù)導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)的電阻隨溫度變化的性質(zhì)來測(cè)量的,測(cè)量范圍為負(fù)00~500度,常用的有鉑電阻(Pt100、Pt10)、銅電阻Cu50(負(fù)50-150度)。 熱電偶測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)來測(cè)量溫度的,常用的有鉑銠--鉑(分度號(hào)S,測(cè)量范圍0~1300度)、鎳鉻--鎳硅(分度號(hào)K,測(cè)量范圍0~900度)、鎳鉻--康銅(分度號(hào)E,測(cè)量范圍0~600度)、鉑銠30--鉑銠6(分度號(hào)B,測(cè)量范圍0~1600度)。
總之,熱電偶使用的都是2線的,熱電阻阻是3 線的,在大部分情況下我們都可以以此判斷。同時(shí)也可根據(jù)測(cè)量其電阻值,萬用表打到電阻擋,熱電阻在室溫的電阻大約 100多歐姆,熱電偶K型的在用MV擋為測(cè)量1.2MV左右。
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