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文檔簡介
關(guān)于熱電阻溫度傳感器第一頁,共五十二頁,2022年,8月28日熱電阻第二頁,共五十二頁,2022年,8月28日金屬熱電阻熱電阻熱電阻=電阻體(最主要部分)+絕緣套管+接線盒
作為熱電阻的材料要求: 電阻溫度系數(shù)要大,以提高熱電阻的靈敏度; 電阻率盡可能大,以便減小電阻體尺寸; 熱容量要小,以便提高熱電阻的響應(yīng)速度; 在測量范圍內(nèi),應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能; 電阻與溫度的關(guān)系最好接近于線性; 應(yīng)有良好的可加工性,且價格便宜。
使用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅第三頁,共五十二頁,2022年,8月28日1.常用熱電阻⑴鉑熱電阻 主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計,廣泛應(yīng)用于溫度基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。⑵銅熱電阻 測量精度要求不高且溫度較低的場合,測量范圍一般為―50~150℃。第四頁,共五十二頁,2022年,8月28日其中,
Rt:溫度為t℃時的電阻;
R0
:溫度為0℃時的電阻;
A:常數(shù),3.940×10-2℃-1
B:常數(shù),-5.84×10-7℃-2
C:常數(shù),-4.22×10-12℃-4⑴鉑熱電阻目前最好材料第五頁,共五十二頁,2022年,8月28日長時間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達(dá)10-4K,是目前測溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種溫度計。鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關(guān)百度電阻比W(100)越高,表示鉑絲純度越高,國際實用溫標(biāo)規(guī)定,作為基準(zhǔn)器的鉑電阻,W(100)≥1.3925目前技術(shù)水平已達(dá)到W(100)=1.3930,工業(yè)用鉑電阻的純度W(100)為1.387~1.390。第六頁,共五十二頁,2022年,8月28日第七頁,共五十二頁,2022年,8月28日國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻,W(100)≥1.391,R0分為50Ω和100Ω兩種,分度號分別為Pt50和Pt100其分度表(給出阻值和溫度的關(guān)系)第八頁,共五十二頁,2022年,8月28日第九頁,共五十二頁,2022年,8月28日⑵銅熱電阻應(yīng)用:測量精度要求不高且溫度較低的場合 測量范圍:―50~150℃優(yōu)點: 溫度范圍內(nèi)線性關(guān)系好,靈敏度比鉑電阻高,容易提純、加工,價格便宜,復(fù)制性能好。缺點: 易于氧化,一般只用于150℃以下的低溫測量和沒有水分及無侵蝕性介質(zhì)的溫度測量。 與鉑相比,銅的電阻率低,所以銅電阻的體積較大。第十頁,共五十二頁,2022年,8月28日模型1:其中,A、B、C為常數(shù):A=4.28899×10-3/℃B=-2.133×10-7/℃2C=1.233×10-9/℃3-50℃~150℃精確計算時第十一頁,共五十二頁,2022年,8月28日簡便計算,常用二項式計算其中,Rt、R0——溫度為t℃和t0℃時的電阻;
——溫度為t0℃時的溫度系數(shù)。模型2:第十二頁,共五十二頁,2022年,8月28日幾種常用金屬熱電阻材料參數(shù)材料溫度系數(shù)(1/℃)比電阻(
·mm2/m)溫度范圍(℃)特性鉑3.92×10-30.0981-200~+650近線性銅4.25×10-30.0170-50~+150線性鐵6.50×10-30.0910-50~+150非線性鐵6.60×10-30.1210-50~+100非線性第十三頁,共五十二頁,2022年,8月28日國際溫標(biāo)IPTS-68規(guī)定:在–259.34℃~630.74℃內(nèi),以鉑電阻作為溫度基準(zhǔn)器優(yōu)點:(1)易提純;(2)在高溫和氧化性介質(zhì)中性能穩(wěn)定;(3)輸出近線性;(4)測量精度高。分度表——R0=50和100時的Rt–t關(guān)系第十四頁,共五十二頁,2022年,8月28日優(yōu)點(1)易提純;(2)物理、化學(xué)特性穩(wěn)定;(3)輸出近線性;(4)價格低廉。缺點(1)電阻率低;(2)體積較大,熱慣性較大;(3)溫度高于100℃易氧化。第十五頁,共五十二頁,2022年,8月28日3、其它熱電阻——低溫、超低溫材料溫度范圍優(yōu)點缺點銦電阻室溫~4.3K4.2~15K,靈敏度是鉑的10倍。材料軟,重復(fù)性差。錳電阻63~2K(-271℃~-210℃
)靈敏度高材料脆,難拉成絲。碳電阻-273℃~-268.5℃液氦溫域價格低廉,對磁場不敏感。熱穩(wěn)定差第十六頁,共五十二頁,2022年,8月28日兩線制指示儀表rrRt三、熱電阻傳感器的測量電路生產(chǎn)現(xiàn)場控制室第十七頁,共五十二頁,2022年,8月28日兩線制第十八頁,共五十二頁,2022年,8月28日電橋平衡時:若保證Ra=Rb,則有:可見r1,r2
對測量結(jié)果的影響較大第十九頁,共五十二頁,2022年,8月28日1、三線制第二十頁,共五十二頁,2022年,8月28日電橋平衡時:若保證Ra=Rb,則有:r1,r2
的影響有了一定的減小第二十一頁,共五十二頁,2022年,8月28日第二十二頁,共五十二頁,2022年,8月28日電橋平衡時:若保證Ra=Rb,則有:r1,r3
的影響減小得更小。第二十三頁,共五十二頁,2022年,8月28日(1)不受其它條件約束;(2)恒流源I穩(wěn)定。電位差計2、四線制第二十四頁,共五十二頁,2022年,8月28日第二十五頁,共五十二頁,2022年,8月28日四、熱電阻應(yīng)用舉例例1:測量真空度I恒溫容器被測介質(zhì)玻璃管鉑電阻絲第二十六頁,共五十二頁,2022年,8月28日——第i種氣體的導(dǎo)熱系數(shù)——第i種氣體的百分含量——已知——可測量——可求出A——參考室——工作室例2:氣體成分分析儀第二十七頁,共五十二頁,2022年,8月28日§2.3.2半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器第二十八頁,共五十二頁,2022年,8月28日第二十九頁,共五十二頁,2022年,8月28日一、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和特點玻璃殼熱敏電阻引線(a)珠狀(b)片狀(c)桿狀(d)墊圈狀金屬氧化物:鈷Co、錳Mn、鎳Ni等的氧化物采用不同比例配方、高溫?zé)Y(jié)而成。優(yōu)點:(1)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可測點溫度;(2)電阻溫度系數(shù)大,靈敏度高(10倍);(3)電阻率高、熱慣性小、適宜動態(tài)測量。第三十頁,共五十二頁,2022年,8月28日參數(shù)單位定義標(biāo)稱阻值RH(冷電阻)Ω(25±0.2)℃時測得的阻值。溫度系數(shù)αt1/℃20℃時的電阻溫度系數(shù)。散熱系數(shù)H(耗散系數(shù))W/℃自身發(fā)熱使溫度比環(huán)境溫度高出1℃所需要的功率。時間常數(shù)τ秒(s)從溫度t0的介質(zhì)移入溫度為t的介質(zhì)中,溫度升高Δt=0.632(t-t0)所需時間。熱敏電阻的主要參數(shù)第三十一頁,共五十二頁,2022年,8月28日用途標(biāo)準(zhǔn)阻值25℃(kΩ)額定功率(W)時間常數(shù)(s)耗散系數(shù)(mW/℃)溫度補(bǔ)償0.01~150.5<60>5溫度補(bǔ)償0.82~3000.25<85>4溫度補(bǔ)償10~10000.5<1157~7.6測控溫6.8~10000.4<207~7.6測控溫3~1000.03<0.57~7.6第三十二頁,共五十二頁,2022年,8月28日二、熱敏電阻的溫度特性負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻:
NTC正溫度系數(shù)熱敏電阻:
PTC臨界溫度系數(shù)熱敏電阻:
CRT第三十三頁,共五十二頁,2022年,8月28日試驗求A、B:1、NTC的R-T特性第三十四頁,共五十二頁,2022年,8月28日——0℃
(273.15K)——0℃時的阻值TR第三十五頁,共五十二頁,2022年,8月28日電流較小:線性,歐姆定律電流增加:阻值減小、非線性電流較大:阻值減小超過電流增加2、NTC的伏安特性第三十六頁,共五十二頁,2022年,8月28日3、NTC的溫度系數(shù)T低溫段比高溫段靈敏靈敏度比金屬熱電阻高(10倍)IU第三十七頁,共五十二頁,2022年,8月28日電阻網(wǎng)絡(luò)(線性化網(wǎng)絡(luò)):精密電阻與熱敏電阻串、并聯(lián)三、NTC的線性化處理A第三十八頁,共五十二頁,2022年,8月28日1、串聯(lián)法ATR第三十九頁,共五十二頁,2022年,8月28日2、并聯(lián)法TR第四十頁,共五十二頁,2022年,8月28日四、應(yīng)用舉例第四十一頁,共五十二頁,2022年,8月28日例1:測流速A——熱敏電阻——平衡電阻電橋平衡電橋失衡第四十二頁,共五十二頁,2022年,8月28日例2:熱電式繼電器JT正常:Rt較大、BG不導(dǎo)通、
J不吸合T升高:Rt減小、BG導(dǎo)通、
J吸合應(yīng)用:電機(jī)過熱保護(hù)第四十三頁,共五十二頁,2022年,8月28日鉑測溫電阻傳感器鉑測溫電阻缺點:響應(yīng)速度慢、容易破損、難于測定狹窄位置的溫度?,F(xiàn)逐漸使用能大幅度改善上述缺點的極細(xì)型鎧裝鉑測溫電阻,因而使應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。主要應(yīng)用:鋼鐵、石油化工的各種工藝過程;纖維等工業(yè)的熱處理工藝;食品工業(yè)的各種自動裝置;空調(diào)、冷凍冷藏工業(yè);宇航和航空、物化設(shè)備及恒溫槽第四十四頁,共五十二頁,2022年,8月28日金屬絲熱電阻作為氣體傳感器的應(yīng)用
1—連通玻璃管2—流通玻璃管3—鉑絲(a)真空度測量方法對環(huán)境溫度變化比較敏感,實際應(yīng)用中有恒溫或溫度補(bǔ)償裝置??蓽y到133.322×10-5Pa。(b)可檢測管內(nèi)氣體介質(zhì)成分比例變化、熱風(fēng)流速變化第四十五頁,共五十二頁,2022年,8月28日2、半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器⑴溫度測量⑵溫度控制⑶溫度補(bǔ)償⑷流量測量第四十六頁,共五十二頁,2022年,8月28日⑴溫度測量熱敏電阻點溫計第四十七頁,共五十二頁,2022年,8月28日⑵溫度控制簡易溫度控制器
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