特殊热电偶

虽然热电偶和热电阻具有相同的测量物体温度的功能,但它们的原理和特性是不同的。

1.热电偶分为八个不同的等级,分别是B、R、S、K、N、E、J、t,最低可测温度为零下270摄氏度,最高可达1800摄氏度。其中B、R、S属于铂系热电偶。因为铂属于贵金属,所以它们也叫贵金属热电偶,其余的叫廉价金属热电偶。

特殊热电偶插图

2.通常,PT100、PT10、Cu50和Cu100用于热阻。铂热电阻的测温范围一般为-200-800摄氏度,铜热电阻的测温范围为-40-140摄氏度。3.应用温度范围不同:300度以下一般用热电阻,300度以上一般用热电偶;4.材质不同:热电阻一般采用纯金属电阻丝,热电偶一般采用两种不同材质的合金;5.信号不同:热电阻是被测温度对应的电阻值,热电偶是被测温度对应的毫伏信号;6.接线(补偿)方式不同:热电偶需要专用的两线补偿线引出信号,热电阻一般为三根铜线。

热电偶是工业中最常用的温度检测元件之一。其优点是:

①测量精度高。由于热电偶与被测对象直接接触,所以不受中间介质的影响。

②测量范围宽。普通热电偶可在-50℃至+1600℃范围内连续测量,一些特殊热电偶可测量低至-269℃(如金、铁、镍、铬),高至+2800℃(如钨、铼)。

③结构简单,使用方便。热电偶通常由两种不同的导线组成,而且不受尺寸和开头的限制,外面还有保护套,使用起来非常方便。

1.热电偶测温的基本原理

不同材料的两个导体或半导体A和B被焊接以形成闭合回路。当导体A和B的两个持续点1和2之间存在温差时,它们之间会产生电动势,从而在回路中形成一定大小的电流。这种现象被称为热电效应。热电偶就是利用这种效应工作的。

2.热电偶的类型和结构形式

(1)热电偶的类型

常用的热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶。所称标准热电偶是指热电势与温度的关系和允许误差在国家标准中有规定,并有统一的标准分度表,其配套显示仪表可供选择的热电偶。非标准化热电偶在应用范围或数量级上都不如标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于一些特殊场合的测量。

自1988年1月1日起,我国所有热电偶和热电阻均按IEC国际标准生产,S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶被指定为我国统一设计热电偶。

(2)热电偶的结构为了保证热电偶可靠稳定地工作,其结构要求如下:

①热电偶的两个热电极焊接必须牢固;

②两个热电极应绝缘良好,防止短路;

③补偿线与热电偶自由端的连接应方便可靠;

(4)保护套应能保证热电极与有害介质完全隔离。

3.热电偶冷端的温度补偿

由于热电偶的材料一般比较昂贵(特别是使用昂贵的金属时),而且测温点与仪表的距离很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿线将热电偶的冷端(自由端)延伸到温度相对稳定的控制室,连接到仪表端子上。必须指出的是,热电偶补偿线的作用只是延长热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子。它不能消除冷端温度变化对测温的影响,没有补偿作用。因此,需要其他校正方法来补偿冷端温度t0≠0℃对温度测量的影响。

使用热电偶补偿线时,一定要注意型号的匹配,极性不能错,补偿线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。

温度测量仪器的分类

温度测量仪表根据测量温度的方式可分为接触式和非接触式。一般来说,接触式温度计简单可靠,测量精度高。但由于测温元件与被测介质需要充分的热接触,达到热平衡需要一定的时间,所以测温存在延迟,而且由于耐高温材料的限制,不能应用于非常高的温度测量。非接触式仪表测温是基于热辐射原理,测温元件不需要与被测介质接触,所以测温范围广,不受测温上限限制,不会破坏被测对象的温度场,反应速度一般较快;但由于发射率、测量距离、烟雾、水汽等外界因素的影响,测量误差较大。

热电阻的应用原理

热电阻是中低温地区最常用的温度探测器之一。其主要特点是测量精度高,性能稳定。其中铂电阻的测量精度最高,不仅广泛应用于工业测温,还被制成标准参考仪表。

1.热电阻测温原理及材料。

热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度升高而增大的特性。热电阻大多由纯金属材料制成。目前,铂和铜是应用最广泛的材料。此外,诸如铂、镍、锰和铑的材料已经被用于制造热电阻。

2.热阻结构

(1)精通热阻

根据热敏电阻的测温原理,被测温度的变化是直接通过热敏电阻的阻值变化来测量的,所以热敏电阻的引出线等各种导线的阻值变化都会影响温度测量。为了消除引线电阻的影响,也采用三线制或四线制。

(2)铠装热阻

铠装热电阻是由感温元件(电阻)、引线、绝缘材料和不锈钢套管组成的固体。其外径一般为φ2~φ8mm,最小可达φ mm..

与普通热敏电阻相比,它具有以下优点:①体积小,内部无空气隙,热惯量测量滞后小;②良好的机械性能、抗振动和抗冲击能力;③灵活,安装方便,使用寿命长。

(3)末端热阻

端面热电阻感温元件由经过特殊处理的电阻丝缠绕而成,紧贴温度计的端面。与一般的轴向热电阻相比,它能更准确、快速地反映被测端面的实际温度,适用于测量轴瓦等零件的端面温度。

(4)隔爆热电阻

隔爆热电阻通过特殊结构的接线盒限制了其壳体内爆炸性混合气体因接线盒内火花或电弧的影响而发生的爆炸,不会导致生产现场的超爆。防爆热电阻可用于测量Bla~B3c等级区域内有爆炸危险场所的温度。

3.热电阻测温系统的组成

热电阻测温系统一般由热电阻、连接线和显示仪表组成。我们必须注意以下两点:

(1)热电阻和显示仪表的刻度数必须一致。

②为了消除连接线电阻变化的影响,必须采用三线连接方式。

(2)铠装热阻

铠装热电阻是由感温元件(电阻)、引线、绝缘材料和不锈钢套管组成的固体。其外径一般为φ2~φ8mm,最小可达φ mm..

与普通热敏电阻相比,它具有以下优点:①体积小,内部无空气隙,热惯量测量滞后小;②良好的机械性能、抗振动和抗冲击能力;③灵活,安装方便,使用寿命长。

(3)末端热阻

端面热电阻感温元件由经过特殊处理的电阻丝缠绕而成,紧贴温度计端面。与一般的轴向热电阻相比,它能更准确、快速地反映被测端面的实际温度,适用于测量轴瓦等零件的端面温度。

(4)隔爆热电阻

隔爆型热电阻穿过特殊结构的接线盒,其壳体内的爆炸性混合气体必然会因火花或电弧等阴影电阻的开路修复而改变电阻丝的长度,从而影响电阻值。因此,最好更换新的电阻器。如果采用焊补,只能焊后使用。

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