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热电偶和RTD测量温度时的不同方式介绍

来源:作者:上海自动化仪表三厂发表时间:2018-11-09

    图1a 热电偶可能是温度测量装置中最常用和最不了解的。基本上,热电偶由一端连接在一起并在另一端开口的两种合金组成。输出端的电动势(开路端;图1a中的V1)是闭合端温度T1的函数。随着温度测量的增加,电动势上升。

图1a  热电偶


    热电偶通常位于金属或陶瓷屏蔽内,以保护其免受各种环境的影响。金属护套热电偶还可提供多种外涂层,如聚四氟乙烯,可在腐蚀性溶液中无故障使用。

    开路电动势不仅取决于封闭端温度(即测量点的温度),还取决于开路端的温度(图1a中的T2)。只有将T2保持在标准温度下,才能将测得的电动势视为T1变化的直接函数。工业上接受的T2标准是0°C; 因此,大多数表格和图表都假设T2处于该水平。在工业仪器中,T2和0°C的实际温度之间的差异通常在仪器内以电子方式进行校正。该温度测量调整被称为冷结或CJ校正。


    图1b 输入和输出端之间的接线温度变化不会影响输出电压,前提是接线是热电偶合金或热电等效电路(图1a)。例如,如果热电偶测量炉内的温度并且显示读数的仪器距离一定距离,则两者之间的接线可以通过另一个炉子附近并且不受其温度的影响,除非它变得足够热以熔化电线或永久改变其电热行为。 

 图1b  热电偶输入和输出端之间的接线温度变化


    只要温度T1在整个结中保持恒定且结材料是导电的(图1b),结的组成本身不会以任何方式影响热电偶的作用。类似地,温度测量不受非热电偶合金插入任何一个或两个引线的影响,只要“假”材料末端的温度相同(图1c)。

图1c 热电偶与传输路径中的杂质金属一起工作的能力


    图1c热电偶与传输路径中的杂质金属一起工作的能力使得能够使用许多专用设备,例如热电偶开关。传输线本身通常是热电偶合金的热电等效物,正常工作的热电偶开关必须由镀金或镀银铜合金元件和适当的钢弹簧制成,以确保良好的接触。只要开关的输入和输出结点处的温度相等,组成的这种变化就没有区别。 

图1d  RTD的电阻


    重要的是要了解可能被称为连续热电偶的定律。在图1d的上部示出的两个元件中,一个热电偶在热端具有T1而在开放端具有T2。第二热电偶的热端为T2,开路端为T3。测量T1的热电偶的电动势水平为V1; 另一个热电偶是V2。两个emfs的总和,V1加V2,等于在T1和T3之间运行的组合热电偶产生的emf V3。根据该定律,可以使用指定用于一个开端参考温度的热电偶,其具有不同的开端温度。


使用RTD测量温度

    典型的RTD由缠绕在心轴上的细铂丝组成,并覆盖有保护涂层。通常,心轴和涂层是玻璃或陶瓷。

    图1d RTD的电阻与温度测量的平均斜率通常被称为α值(图2),α代表温度系数。给定传感器的曲线斜率在某种程度上取决于其中铂的纯度。


图2  RTD的电阻与温度测量的平均斜率


    最常用的温度测量标准斜率,与特定纯度和成分的铂有关,其值为0.00385(假设电阻以欧姆为单位,温度以摄氏度为单位)。用该斜率绘制的电阻与温度曲线是所谓的欧洲曲线,因为该组合物的RTD首先在该大陆上广泛使用。使图片复杂化,还有另一个标准斜率,与略微不同的铂成分有关。具有略高的α值0.00392,它遵循所谓的美国曲线。

    如果未指定给定RTD的alpha值,则通常为0.00385。但是,要确保这一点是明智的,特别是如果要测量的温度测量值很高的话。这一点在图2中显示,图2显示了最广泛使用的RTD的欧洲和美国曲线,即Pt100传感器,即在0°C时表现出100欧姆电阻的传感器。


    热电阻的电阻 - 温度关系是负的并且是高度非线性的。这对于必须设计自己的电路的工程师来说是一个严重的问题。然而,通过使用匹配对的热电阻可以减轻困难,使得非线性彼此偏移。此外,供应商还提供面板仪表和控制器,可在内部补偿热敏电阻的线性度不足。热电阻通常根据其在25°C时的电阻来指定。这些额定值中最常见的是2252欧姆; 其中包括5,000和10,000欧姆。如果没有相反的说明,大多数仪器将接受热电阻。


作者:上海自动化仪表三厂

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