热电阻的原理都有哪些?
热电阻是中低温地区常用的一种温度检测器。
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。
其主要特点是测量精度高、性能稳定。
其中,铂热电阻的测量程度是肯定的,它不仅广泛用于工业温度测量,而且还被制成了标准基准。
热电阻大多采用纯金属材料,目前采用铂金和铜。此外,镍、锰和铑已开始用于制造热电阻。
金属热敏电阻常用的感温材料种类很多,常用的是铂丝。工业测量用金属热电阻材料除铂丝外,还有铜、镍、铁、铁镍等。
热电阻的测温原理是根据导体或半导体的电阻值随温度变化的特性来测量温度和与温度有关的参数。
热电阻通常需要通过引线将电阻信号传递给器件或其他二次仪表。
热电阻是根据电阻的热效应来测量温度的,即电阻的阻值随温度的变化而变化。
因此,只要测量热电阻的阻值变化,就可以测出温度。
目前主要有金属热敏电阻和半导体热敏电阻两大类。
金属热电阻的阻值与温度一般可以用如下近似关系表示,即
Rt=Rt0[1+α(t-t0)]
式中,Rt为温度t时的电阻值; Rt0为温度t0(通常t0=0℃)下对应的电阻值; α 是温度系数。
半导体热敏电阻的阻值与温度的关系为
Rt=AeB/t
式中,Rt为温度为t时的电阻值; A和B取决于半导体材料结构的常数。
相比之下,热敏电阻的温度系数更大,常温下的阻值更高(通常在几千欧以上);
但互换性差,非线性严重,测温范围仅为-50~300℃左右,广泛用于家电、汽车的温度检测与控制。
一般金属热电阻适用于-200~500℃范围内的温度测量。具有测量准确、稳定性好、性能可靠等特点。它广泛用于过程控制。
工业上常用的金属热电阻是从电阻随温度的变化来看的。大多数金属导体都具有这种特性,但并不是所有的金属导体都可以用作测温热电阻。金属材料作为耐热性的一般要求:
可能大而稳定的温度系数,电阻率大(在相同灵敏度下缩小尺寸),在使用温度范围内化学和物理性能稳定,材料再现性好,电阻值随温度变化的值函数关系(线性关系) )。
目前广泛使用的热电阻材料有铂和铜:
铂电阻精度高,适用于中性和氧化性介质,稳定性好,具有一定的非线性。温度越高,电阻变化率越小;\n铜电阻在测温范围内阻值与温度呈线性关系,温度线数多。适用于非腐蚀性介质,超过150易被氧化。
国内常用的有R0=10Ω、R0=100Ω、R0=1000Ω,其分度数分别为Pt10、Pt100、Pt1000;
铜电阻有两种,R0=50Ω和R0=100Ω。毕业数字是Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50应用比较广泛。
热电阻是将温度变化转换为电阻值变化的主要元件。
通常需要通过导线将电阻信号传输到计算机控制装置或其他一次仪表。
工业热电阻安装在生产现场,与控制室有一定的距离,所以热电阻的引出线对测量结果的影响较大。
目前,引导热阻的方式主要有以下三种:
两线制:在热电阻两端各接一根导线引出电阻信号的方法称为两线制:
这种引线法很简单,但由于连接的导线必须有引线电阻r,而r的大小与导线的材质和长度有关,所以这种引线法只适用于测量精度不高的场合如果是
三线制:
热电阻根的一端接一根引线,另一端接两根引线的方法称为三线制;
这种方法通常与电桥配合使用,可以更好地消除引线电阻的影响,常用于工业过程控制。
四线制:
在热电阻的根部两端分别连接两根导线的方法称为四线制,其中两根导线为热电阻提供恒定电流I,将R转换为电压信号U,然后通过另外两条引线将 U 引向辅助仪器。
可以看出,这种引线方式可以*消除引线电阻的影响,主要用于高精度温度检测。
热电阻采用三线连接方式。
采用三线制,消除因连接线电阻引起的测量误差。这是因为测量 RTD 的电路通常是不平衡电桥。
热电阻作为电桥的桥臂电阻,其连接线(从热电阻到中控室)也成为桥臂电阻的一部分。这部分电阻是未知的,随环境温度变化,导致测量误差。
采用三线制,一根线接在电桥的末端,另外两根接在热电阻所在的桥臂和与之相邻的桥臂上,消除了由热电阻引起的测量误差导线电阻。
液阻柜内测量水温的热电阻采用三线制接线方式。
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