淺談儀表中熱電偶與熱電阻的作用和區(qū)別

1、<p>　　淺談儀表中熱電偶與熱電阻的作用和區(qū)別</p><p>　　摘要：本文針對(duì)熱電偶與熱電阻的應(yīng)用，原理，選型，在工業(yè)中的使用區(qū)別等方面進(jìn)行了分析與探討，供相關(guān)方面儀表人員參考。 </p><p>　　關(guān)鍵字：熱電偶、熱電阻、測(cè)溫、溫度補(bǔ)償 </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)： P631 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p

2、><b>　　前言 </b></p><p>　　在化工廠中，工業(yè)測(cè)控方面溫度的測(cè)量是最簡(jiǎn)單、最普遍也是最常用的、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最廣的主要是熱電偶和熱電阻，但是二者無(wú)論在原理、接線方式和測(cè)控范圍等方面都有所的區(qū)別。 </p><p><b>　　一、熱電偶概述 </b></p><p>　　熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元

3、件之一，熱電偶工作原理是基于賽貝克seeback效應(yīng)，即兩種不同成分的導(dǎo)體兩端連接成回路，如兩連接端溫度不同，則在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。 其優(yōu)點(diǎn)是：①測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影 響。 ②測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱 電偶最低可測(cè)到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800℃（如鎢-錸）。 ③構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大

4、小和開(kāi)頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。 </p><p>　　1、熱電偶測(cè)溫基本原理熱電偶測(cè)溫基本原理是將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。由于兩種不同金屬所攜帶的電子數(shù)不同，當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體的二個(gè)執(zhí)著點(diǎn)之間存在溫差時(shí)，就會(huì)發(fā)生高電位向低電位放電現(xiàn)象，因而在回路中形成電流，溫度差越大，電流越大，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，也叫塞貝克效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。 </p>&

5、lt;p>　　2、熱電偶的種類(lèi)及結(jié)構(gòu)形成：（1）熱電偶的種類(lèi)常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類(lèi)。標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒(méi)有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng) 合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國(guó)從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo) 準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、

6、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型 熱電偶。（2）熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如 下：①組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固；②兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；③補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；④保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。 </p><p>　　3、熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)

7、到 儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱 電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。 必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控 制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償 作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電 偶連接端的溫度

8、不能超過(guò)100℃ </p><p><b>　　二、熱電阻概述 </b></p><p>　　熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。1、熱電阻測(cè)溫原理及材料熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。熱電阻大都由純金

9、屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開(kāi)始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。 </p><p><b>　　2、熱電阻的類(lèi)型 </b></p><p>　　1）普通型熱電阻從熱電阻的測(cè)溫原理可知，被測(cè)溫度的變化是直接通過(guò)熱電阻阻值的變化來(lái)測(cè)量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來(lái)影響。2）鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線

10、、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為φ2－－φ8mm，最小可達(dá)φmm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小，內(nèi)部無(wú)空氣隙，熱慣性上，測(cè)量滯后小；②機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；③能彎曲，便于安裝④使用壽命長(zhǎng)。3）端面熱電阻端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。4）隔爆型熱電阻隔爆型熱電阻通過(guò)特殊

11、結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla－－B3c級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。 </p><p>　　三、熱電阻和熱電偶的主要區(qū)別 </p><p>　　1、雖然都是接觸式測(cè)溫儀表，但它們的測(cè)溫范圍不同，熱電偶使用在溫度較高的環(huán)境，幾種常見(jiàn)熱電偶的測(cè)量范圍如下： </p>&

12、lt;p>　　除了表中的幾種熱電偶，還有J型，T型等。熱電偶一般用于500度以上的較高溫度，因它們?cè)谥?，低溫區(qū)時(shí)輸出熱電勢(shì)很小(查表可以看一下)，當(dāng)電勢(shì)小時(shí)，對(duì)抗干擾措施和二次表和要求很高，否則測(cè)量不準(zhǔn)，還有，在較低的溫度區(qū)域，冷端溫度的變化和環(huán)境溫度的變化所引起的相對(duì)誤差就顯得很突出，不易得到全補(bǔ)償。這時(shí)在中低溫度時(shí)，一般使用熱電阻測(cè)溫范圍為-200℃～500℃，甚至還可測(cè)更低的溫度(如用碳電阻可測(cè)到1K左右的低溫)?，F(xiàn)在工業(yè)上

13、正常使用鉑熱電阻Pt100，在工業(yè)上也有用銅電阻，分度號(hào)為CU50和CU100，但測(cè)溫范圍較小，在-50℃～150℃之間，在一些特殊場(chǎng)合還有銦電阻，錳電阻。 </p><p>　　2、熱電偶測(cè)量溫度的基本原理是熱電效應(yīng)。二次表是一個(gè)檢伏計(jì)或?yàn)榱颂岣呔葧r(shí)使用電子電位差計(jì)。熱電阻是基于導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的特性而工作的。 3.由熱電偶測(cè)溫原理可知，只有在其冷端溫度恒定時(shí)，被測(cè)溫度才與熱電勢(shì)成單值函數(shù)關(guān)系

14、。在實(shí)際使用中，就用一種熱電特性與相應(yīng)熱電偶特性相似的廉價(jià)的連接導(dǎo)線(也稱為補(bǔ)償導(dǎo)線)，使熱電偶冷端引伸到溫度相對(duì)恒定的地方(最好為0度)，如用銅--康銅做補(bǔ)償導(dǎo)線來(lái)引申鎳鉻---鎳硅熱電阻.因此，熱電偶到二次表延長(zhǎng)線是兩根。熱電阻與二次表之間是用銅導(dǎo)線連接的，為了減小環(huán)境變化引起的測(cè)量誤差，一般均采用三線制接法，其中有兩根導(dǎo)線將熱電阻串聯(lián)于相鄰的兩個(gè)橋臂上，另一根導(dǎo)線是引來(lái)電源。使用時(shí)要求每根導(dǎo)線的電阻值與調(diào)整電阻之和都保證為5歐姆(

15、±0.01)。 </p><p><b>　　四、結(jié)論 </b></p><p>　　在工業(yè)應(yīng)用中，熱電偶一般適用于測(cè)量500℃以上的較高溫度。對(duì)于500℃以下的中、低溫度，熱電偶的輸出的熱電勢(shì)很小，這對(duì)二次儀表的放大器、抗干擾措施等的要求就很高，否則難以實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量；而且，在較低溫區(qū)域，冷端溫度的變化所引起的相對(duì)誤差也非常突出。所以測(cè)量中、低溫度一般使用熱