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热电阻
阅读:15091时间:2010-11-09 11:12:52

  热电阻是一种能够随着温度发生阻值变化的电阻,常用来作为温度检测元件检测中低温。主要特点是测量精度高,无冷端补偿问题,特别适宜于低温测量,所以在工业上得到广泛应用。

原理

  从物理学中我们知道,导体(或半导体)的电阻值是随着温度的变化而变化的,一般说来,它们之间有如下关系,即

  R=f(t)

  通常用电阻温度系数α来描述电阻值随着温度变化而变化这一特性,它的定义是:在某一温度间隔内,温度变化1℃时的电阻相对变化量,单位为1/℃。

  金属导体的电阻一般随温度升高而增大,α为正值,称为正的电阻温度系数。用于测温的半导体材料的α为负值,即具有负的电阻温度系数。各种材料的α值并不相同,对纯金属而言,一般为0.38%~0.68%左右。它的大小与导体本身的纯度有关,α越大,导体材料的纯度越高。通常用电阻比来表示材料的纯度,代表在1OO℃时的电阻值,代表在0℃时的电阻值。而半导体的电阻值却随着温度的升高而减少,在2O℃左右,温度每变化1℃,其电阻值要变化-2~-6[%]。若能设法测出电阻值的变化,就可相应地确定温度的变化,达到测温的目的。电阻温度计就是利用导体(或半导体)的电阻值随着温度变化这一特性来进行温度测量的。即把温度变化所引起导体电阻变化,通过测量桥路转换成电压信号,然后送入显示仪表以指示或记录被测温度。

常见种类

  1.铂热电阻(-200~850℃)

  铂热电阻的特点是测量精度高,稳定性好、性能可靠,但是在还原性介质中,特别是在高温下很容易被从氧化物中还原出来的蒸汽所玷污而变脆,并改变电阻与温度间关系。为了克服上述缺点使用时热电阻芯应装在保护套管中。

  2.铜热电阻(-50~150℃)

  工业上常用铜热电阻来测量-5O℃~+15O℃范围的温度,铜容易提纯,价格比铂便宜很多,电阻温度系数大且关系是线性的,所以制成一定电阻值的热电阻时,与铂相比,若电阻丝的长度相同时,则铜电阻丝就很细,机械强度降低,若线径相同,长度则增加许多倍,体积增大。此外,铜在1OO℃以上容易氧化,抗腐蚀性能又差,所以工作温度不超过15O℃。

  3.镍热电阻(-60~180℃)

  镍热电阻的温度系数大,灵敏度比铂和铜的高,常用来测量-6O℃~+18O℃范围的温度。由于镍热电阻的制造工艺较复杂,很难获得α相同的镍丝,因此它的测量准确度低于铂热电阻,我国目前规定的标准化热电阻的分度号有Ni100,Ni300,Ni500。

  4.半导体热敏电阻

  半导体点温计是利用锰、镍、铜和铁等金属氧化物配制成的热敏电阻作为测温元件,其形状有珠形、圆形、垫圈形和薄片形,常用的有61型珠形及微型珠形半导体热敏电阻。与一般热电阻不同之处在于它是负电阻温度系数,温度升高,电阻降低,变化幅度也大,电阻温度系数α达-2~-7[%],较金属热电阻大10~100倍,因此,可采用精度较低的显示仪表。

结构

  一、普通热电阻

  通常都由电阻体、绝缘子、保护套管和接线盒四个部分组成。除电阻体外,其余部分的结构和形状与热电偶的相应部分相同。

  铂电阻体:是用很细的铂丝绕在云母、石英或陶瓷支架上做成的,形状有平板形、圆柱形及螺旋形等。常用的WZB型铂电阻体是由直径0.03~0.07mm的铂丝绕在云母片制成的平板形支架上。云母片的边缘上开有锯齿形的缺口,铂丝绕在齿缝内以防短路。铂丝绕成的绕组两面盖以云母片绝缘。

  铜电阻体:是一个铜丝绕组(包括锰铜补偿部分),它是由直径为0.lmm的高强度漆包铜线用双线无感绕法绕在圆柱形塑料支架上而成,为了防止铜丝松散,加强机械固紧以及提高其导热性能,整个元件经过酚醛树脂(或环氧树脂)的浸渍处理,而后还必须进行烘干(同时也起老化作用),烘干温度为120℃,保持24小时,然后冷却至常温,再把铜丝绕组的出线端子与镀银铜丝制成的引出线焊牢,并穿以绝缘套管,或直接用绝缘导线与其焊接。

  二、特殊热电阻

  l.铠装热电阻

  铠装热电阻是将陶瓷骨架或玻璃骨架的感温元件装入细不锈钢管内,其周围用氧化镁牢固填充,保证它的3根引线与保护管之间,以及引线相互之间良好绝缘。充分干燥后,将其端头密封再经模具拉制成坚实的整体,称为铠装热电阻。

  2.薄膜铂热电阻

  薄膜铂电阻是利用真空镀膜法将纯铂直接蒸镀在绝缘的基板上而制成。它的测温范围是-50-600℃。国产元件精度可达到德国标准中的B级,由于薄膜热容量小,导热系数大,因此薄膜铂热电阻能够快速准确地测出表面的真实温度。

  3.厚膜铂热电阻

  厚膜铂电阻是用高纯铂粉与玻璃粉混合,加有机载体调成糊状浆料,用丝网印刷在刚玉基片上,再烧结安装引线,调整电阻值。最后涂玻璃釉作为电绝缘保护层。

  厚膜铂电阻与线绕铂电阻的应用范围基本相同。在表面温度测量及在机械振动环境下应用明显优于线绕式热电阻。

缺点

  不能测量太高的温度;需外电源供电,因此使用受到限制;连接导线的电阻易受环境温度的影响,会产生测量误差。

一般要求

  1.物理、化学性质稳定,测量精度高,抗腐蚀,使用寿命长。

  2.电阻温度系数要大,即灵敏度要高。

  3.电阻率要高,以使热电阻的体积较小,减小测温的时间常数。

  4.热容量要小,使电阻体热惰性小,反应较灵敏。

  5.线性好,即电阻与温度关系成线性或为平滑曲线。

  6.易于加工,价格便宜,降低制造成本。

  7.复现性好,便于成批生产和部件互换。

安装要求

  对热电阻的安装,应注意有利于测温准确,安全可考及维修方便,而且不影响设备运行和生产操作.要满足以上要求,在选择对热电阻的安装部位和插入深度时要注意以下几点:

  1、为了使热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热交换,应合理选择测点位置,尽量避免在阀门,弯头及管道和设备的死角附近装设热电阻.

  2、带有保护套管的热电阻有传热和散热损失,为了减少测量误差,热电偶和热电阻应该有足够的插入深度:

  (1)对于测量管道中心流体温度的热电阻,一般都应将其测量端插入到管道中心处(垂直安装或倾斜安装).如被测流体的管道直径是200毫米,那热电阻插入深度应选择100毫米;

  (2)对于高温高压和高速流体的温度测量(如主蒸汽温度),为了减小保护套对流体的阻力和防止保护套在流体作用下发生断裂,可采取保护管浅插方式或采用热套式热电阻.浅插式的热电阻保护套管,其插入主蒸汽管道的深度应不小于75mm;热套式热电阻的标准插入深度为100mm;

  (3)假如需要测量是烟道内烟气的温度,尽管烟道直径为4m,热电阻插入深度1 m即可.

  (4)当测量原件插入深度超过1m时,应尽可能垂直安装,或加装支撑架和保护套管.

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