华北电力大学热能工程专业过程参数检测和仪表经典课件第3章.2 热电阻

第二节电阻温度计工业上广泛应用电阻温度计来测量―200～＋500℃之间的温度。电阻温度计的特点是准确度高；在中低温下（500℃以下）测温,它的输出信号比热电偶的要大得多,故灵敏度高；电阻温度计的输出是电信号，因此便于信号的远传和实现多点切换测量。电阻温度计由热电阻、显示仪表和连接导线组成，热电阻由电阻体、绝缘管和保护套管等主要部件组成。第二节电阻温度计1)原理：通过测阻值变化反应温度。2）分类：电阻是测量温度的敏感元件，包括导体和半导体两种。3）测温范围：－200~+5000C优点：准确度高。灵敏度高。中低温下（5000C以下），输出信号比热电偶大。输出电信号,便于远传和切换。第二节电阻温度计主要内容第一节金属测温电阻第二节半导体热敏电阻第三节热电阻的校验第二节金属测温电阻一、对金属测温电阻的要求测温热电阻材料必须满足：1）电阻温度系数大电阻系数：温度变化10C时电阻值的相对变化量2）在测温范围内物理及化学性质稳定。3）有较大的电阻率。（电阻体积小）。4）线性度好。5）复现性好，6）价格便宜。工业用的热电阻材料有铂、铜、铁、镍。铁难提纯，我国目前只生产铂、铜、镍电阻温度系数的定义是：温度变化l℃时电阻值的相对变化量，用α来表示，单位是℃-1，根据定义，α用下式表示：dtdRRdtRdR1一般材料的温度系数α并非常数，在不同的温度下具有不同的数值。因此常用（R100－R0）／（R0×100）代表0～100℃之间的平均温度系数，其中R100表示100℃时的电阻值，R0表示0℃时的电阻值。电阻温度系数越大，热电阻的灵敏度越高，测量温度时就越容易得到准确的结果。二、标准化热电阻1铂电阻2铜电阻3镍电阻4其它低温用热电阻二、标准化热电阻1铂电阻特点：稳定性好、准确度高、性能可靠。原因：铂在氧化气氛、甚至高温下物理、化学性质非常稳定测温范围：13.8033K-961.780C应用：广泛应用于工业和实验室中注意：铂在还原性气氛尤其在高温还原性气氛中，容易被污染，导致铂丝变脆，并改变电阻与温度间的关系。因此必须用保护套管把电阻体与有害气氛隔离Pt10和Pt100。二、标准化热电阻2铜电阻特点：电阻值与温度关系几乎线性，电阻温度系数较大，材料易提纯，价格较便宜。测温范围：－50-＋1500C应用范围：测量准确度要求不是很高，温度较低的场合。缺点：2500C以上容易氧化，故只能在低温及没有腐蚀的介质中应用，铜的电阻率较小，ρ=0.017Ω.mm2/m，铜的热电阻体积较大。薄膜型及普通型铂热电阻汽车用水温传感器及水温表铜热电阻铂电阻温度显示、变送器三、工业用热电阻的结构一结构由热电阻体、引出线、绝缘骨架、保护套管、接线盒等部分组成1绝缘骨架作用：缠绕、支撑和固定热电阻丝的支架。它的质量影响技术指标。目前常用的材料:云母,玻璃,石英,陶瓷,塑料2热电阻体(1)云母骨架热电阻(2)玻璃骨架热电阻(3)陶瓷骨架热电阻(4)塑料骨架热电阻2热电阻体（1）云母骨架热电阻：用直径为0.03-0.07mm的铂丝，采用双线无感绕制法绕在锯齿形云母骨架上，两面再各加云母片绝缘，外面用铆钉及陶瓷卡件夹持而成。在装入保护套管时，云母骨架热电阻体的两面各绑一个完成半圆形的弹簧片，它的作用是把电阻体固定在保护套管中间，这样即可增加抗震及抗冲击性能，又可加强热传导，减小测温后的之后和自热影响丝。使用温度5000C以下。三、工业用热电阻的结构一、结构三、工业用热电阻的结构双线无感绕制法3引出线1)定义：由热电阻体至接线端子的连接导线称为引出线。2）问题：引出线有电阻值，影响测量精度。3）解决方法：（1）选择特定材料内引出线要选用纯度高，与电阻丝、接线端子之间产生的热电势小，而且在最高使用温度下不挥发、抗氧化、不变质的材料。工业用铂电阻用银丝作引出线，高温下用镍丝作引出线。铜和镍电阻可用铜丝和镍丝作引出线。引出线的直径比电阻丝的直径大得多，这样可减少引出线电阻。三、工业用热电阻的结构一、结构国产热电阻有二线制，三线制，四线制。（1）两线制：在热电阻的电阻丝两端各连接一根导线的引出线方式。这种热电阻测温时都存在引出线电阻变化产生的附加误差。(2)三线制：在热电阻体的电阻丝的一端连接两根引出线，另一端连接一根引出线。测温时它可以消除引出线电阻的影响，故测温准确度高于两线制电阻。三、工业用热电阻的结构3）解决方法：（2）接线方式3引出线一、结构(3)四线制:在热电阻体的电阻丝两端各连出两根引出线。测温时，它不仅可以消除引出线电阻的影响，还可以消除连接导线间接触电阻及其阻值变化的影响。四线制多用在标准铂电阻的引出线上。三、工业用热电阻的结构3）解决方法：2）接线方式3引出线二铠装热电阻1)工艺：将电阻体（感温元件)焊到由金属保护套管，绝缘材料和金属导线三者拉伸而成的细管导线上形成的，然后再外面再焊一段短管做保护套管，在热电阻体与保护套管之间填满绝缘材料，最后焊上封头。2）优点：1)尺寸小，响应速度快。2）机械性能好，耐震动和冲击。3）除感温元件外，其它部分可弯曲，适合复杂结构。4)不易侵蚀，寿命长三、工业用热电阻的结构三膜式铂电阻厚膜和薄膜。1.厚膜铂电阻是在一陶瓷基片上印制出条状铂膜形成的。由于铂膜很薄，又在陶瓷基片上，所以测温响应时间很小，约0.1s。2.薄膜铂电阻则是利用真空镀膜的方法将铂镀在陶瓷基片上形成的，其形状和厚膜差不多，只是尺寸更小，响应时间更短。三、工业用热电阻的结构热电阻名称代号分度号R0R100/R0测量范围基本误差公称值允许误差名义值允许误差温度范围（℃）允许值（℃）铜热电阻WZCCu50Cu10050±0.051.428±0.002-50~150-50~150100±0.1铂热电阻WZPPt10Pt10010A级±0.006B级±0.0121.385±0.001-200~850-200~850100A级±0.006B级±0.012镍热电阻WZNNi100Ni300Ni500100300500±0.1±0.2±0.31.617±0.003-60~180-60~00~180半导体热敏电阻一、半导体热敏电阻的材料和温度特性二、半导体热敏电阻的结构和应用一、半导体热敏电阻的材料和温度特性1材料：金属的氧化物，氯化物，碳酸盐，硝酸盐（铁，镍，锰，钼，钛，镁，铜等的）2温度特性。1）负电阻温度特性，Mn02,Mn(NO)3,CuO,Cu(NO)2等化合物2）正温度特性，NiO2,ZrO2等化合物材料不同，温度特性不同3）用的最多的是负温度特性的热敏电阻图4－3热敏电阻的温度特性二、半导体热敏电阻的结构和应用1结构：有珠形、圆片形、棒形。2工业测量主要用珠形。将珠形热敏电阻烧结在两根铂丝上，外面涂敷玻璃层，并用杜美丝与铂丝相接引出，外面再用玻璃管作保护套管，保护套管外径在3-5mm之间，若把热敏电阻配上不平衡电桥和指示仪表，则成为半导体点温度计。热敏电阻的外形、结构及符号a）圆片型热敏电阻b）柱型热敏电阻c）珠型热敏电阻d）铠装型f）图形符号1—热敏电阻2—玻璃外壳3—引出线4—紫铜外壳5—传热安装孔热敏电阻温度面板表热敏电阻LCD热敏电阻体温表3测温范围：-100～+3000C4特点：与金属热电阻相比1）优点：（1)灵敏度高。（2）电阻率ρ很大，体积很小，连接导线电阻变化的影响可忽略。（3）结构简单，可测量点的温度。（4）热惯性小，响应快。二、半导体热敏电阻的结构和应用2）缺点（1）互换性差（2）电阻和温度的关系不稳定，随时间变化