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熱電偶溫度傳感器、熱電阻溫度傳感器工作原理及特點(diǎn)

更新時(shí)間：2019-03-30 14:24:12點(diǎn)擊次數(shù)：1036次

熱電偶、熱電阻工作原理及特點(diǎn)

1．熱電偶、熱電阻工作原理及特點(diǎn)

熱電偶工作原理
將兩種不同的金屬導(dǎo)體焊接在一起，構(gòu)成閉合回路，如在焊接端（即測(cè)量端）加熱產(chǎn)生溫差，則在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，此種現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)（Seebeck-effect）。如將另一端（即參考端）溫度保持一定（一般為0℃），那么回路的熱電動(dòng)勢(shì)則變成測(cè)量端溫度的單值函數(shù)。這種以測(cè)量熱電動(dòng)勢(shì)的方法來(lái)測(cè)量溫度的元件，即兩種成對(duì)的金屬導(dǎo)體，稱為熱電偶。
熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)，其大小僅與熱電極材料及兩端溫差有關(guān)，與熱電極長(zhǎng)度、直徑無(wú)關(guān)。

□ 熱電阻工作原理
工業(yè)用熱電阻分鉑熱電阻和銅熱電阻兩大類。
熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時(shí)自身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來(lái)測(cè)量溫度的。熱電阻的受熱部份(感溫元件)是用細(xì)金屬絲均勻地雙繞在絕緣材料制成的骨架上。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)中有溫度發(fā)生變化時(shí)，所測(cè)得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)中的平均溫度。

□ 熱電偶、熱電阻特點(diǎn)

熱電偶

熱電阻

熱電偶同其它種溫度計(jì)相比具有如下特點(diǎn)：
a、優(yōu)點(diǎn)
·熱電偶可將溫度量轉(zhuǎn)換成電量進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于溫度的測(cè)量、控制，以及對(duì)溫度信號(hào)的放大、變換等都很方便，
·結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，
·價(jià)格便宜，
·惰性小，
·準(zhǔn)確度高，
·測(cè)溫范圍廣，
·能適應(yīng)各種測(cè)量對(duì)象的要求（特定部位或狹小場(chǎng)所），如點(diǎn)溫和面溫的測(cè)量，
·適于遠(yuǎn)距離測(cè)量和控制。
b、缺點(diǎn)
·測(cè)量準(zhǔn)確度難以超過(guò)0.2℃，
·必須有參考端，并且溫度要保持恒定。
·在高溫或長(zhǎng)期使用時(shí)，因受被測(cè)介質(zhì)影響或氣氛腐蝕作用（如氧化、還原）等而發(fā)生劣化。

熱電阻同其它種溫度計(jì)相比具有如下特點(diǎn)：
a、優(yōu)點(diǎn)
·準(zhǔn)確度高。在所有常用溫度計(jì)中，準(zhǔn)確度最高，可達(dá)1mk。
·輸出信號(hào)大，靈敏度高。如在0℃用Pt100鉑熱電阻測(cè)溫，當(dāng)溫度變化1℃時(shí)，其電阻值約變化0.4Ω，如果通過(guò)電流為2mA，則其電壓輸出量變化為800μV。在相同條件下，即使靈敏度比較高的K型熱電偶，其熱電動(dòng)勢(shì)變化也只有40μV左右。由此可見(jiàn)，熱電阻的靈敏度較熱電偶高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
·測(cè)溫范圍廣，穩(wěn)定性好。在振動(dòng)小而適宜的環(huán)境下，可在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持0.1℃以下的穩(wěn)定性。
·無(wú)需參考點(diǎn)。溫度值可由測(cè)得的電阻值直接求出。
·輸出線性好。只用簡(jiǎn)單的輔助回路就能得到線性輸出，顯示儀表可均勻刻度。
b、缺點(diǎn)
·采用細(xì)金屬絲的熱電阻元件抗機(jī)械沖擊與振動(dòng)性能差。
·元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難大，尺寸較大，因此，熱響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。·不適宜測(cè)量體積狹小和溫度瞬變區(qū)域。

熱電偶、熱電阻通用要求

□ 溫度測(cè)量范圍和允許誤差

熱電偶名稱	型號(hào)	分度號(hào)	允差等級(jí)	測(cè)量范圍(℃)	允差 (參考端為0℃)
鉑銠30-鉑銠6	WRB (WRR)	B	2級(jí)	600～1700	±0.0025∣t∣
			3級(jí)	600～800	±4℃
				800～1700	±0.005∣t∣
鉑銠10-鉑	WRS (WRP)	S	2級(jí)	0～600	±1.5℃
				600～1600	±0.0025∣t∣
鉑銠13-鉑	WRR (WRQ)	R	2級(jí)	0～600	±1.5℃
				600～1600	±0.0025∣t∣
鎳鉻-鎳硅	WRK (WRN)	K	2級(jí)	-40～333	±2.5℃
				333～1200	±0.0075∣t∣
鎳鉻-銅鎳	WRE	E	2級(jí)	-40～333	±2.5℃
				333～900	±0.0075∣t∣
銅-銅鎳	WRT (WRC)	T	2級(jí)	-40～133	±1℃
				133～350	±0.0075∣t∣
鐵-銅鎳	WRJ (WRF)	J	2級(jí)	-40～+333	±2.5℃
				333～750	±0.0075∣t∣
鎳鉻硅-鎳硅鎂	WRN (WRM)	N	2級(jí)	-40～333	±2.5℃
				333～1200	±0.0075∣t∣
鎢錸3-鎢錸25	WRW3	WRe3- WRe25 (W3、D)		200～2000	±1.0%∣t∣
鎢錸5-鎢錸26	WRW5	WRe5- WRe25 (W5、C)		200～2000	±1.0%∣t∣
鉑熱電阻	WZP	Pt100	A	-200～420	±(0.15+0.002∣t∣)
			B		±(0.30+0.005∣t∣)
銅熱電阻	WZC	Cu50		-50～150	±(0.30+0.006∣t∣)

注：“t”為實(shí)際測(cè)量溫度。除熱電偶2級(jí)，熱電阻B級(jí)允差外的其它產(chǎn)品，需協(xié)議定貨。
允差執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：
熱電偶GB/T16839.2—1999JB/T 9497-2002（鎢錸熱電偶）；
鉑熱電阻；JB/T8622-1997；銅熱電阻JB/T8623-1997；
分度號(hào)：D.C為美國(guó)ASTM標(biāo)志。

□ 熱響應(yīng)時(shí)間
在溫度出現(xiàn)階躍變化時(shí)，熱電偶或熱電阻的輸出變化至相當(dāng)于該階躍變化的50%所需要的時(shí)間，稱為熱響應(yīng)時(shí)間。用t0.5表示。

□ 公稱壓力
一般是指在工作溫度下，保護(hù)管所能承受的靜態(tài)外壓而不破裂。實(shí)際上，容許工作壓力不僅與保護(hù)管材料、直徑、壁厚有關(guān)，而且還與其結(jié)構(gòu)、安裝方法、置入深度以及被測(cè)介質(zhì)的流速和種類有關(guān)。

□ 置入深度

●熱電偶最小置入深度

對(duì)陶瓷保護(hù)管而言，應(yīng)不小于保護(hù)管直徑的10～15倍；
對(duì)金屬及合金保護(hù)管，應(yīng)大于保護(hù)管直徑的15～20倍。

□ 熱電阻最小置入深度

lmin = ln+15D
lmin—最小可用置入深度
ln — 感溫元件長(zhǎng)度
D — 保護(hù)管外徑

□ 絕緣電阻

●裝配式熱電偶絕緣電阻

常溫絕緣電阻
常溫絕緣電阻的試驗(yàn)電壓為直流500±50V，測(cè)量常溫絕緣電阻的大氣條件為：溫度15～35℃，相對(duì)濕度45%RH，大氣壓力86～106kPa。熱電偶在該條件下放置時(shí)間不小于2小時(shí)。
a．對(duì)于長(zhǎng)度超過(guò)1米的熱電偶，它的常溫絕緣電阻值與其長(zhǎng)度的乘積應(yīng)不小于100MW·m。
即：Rr·L ≥100MW·mL ≥1m
式中：Rr— 熱電偶的常溫絕緣電阻值，MW
L — 熱電偶的長(zhǎng)度，m
b．對(duì)于長(zhǎng)度等于或不足1m的熱電偶，它的常溫絕緣電阻值應(yīng)不小于100MW。

上限溫度絕緣電阻

熱電偶的上限溫度絕緣電阻值應(yīng)不小于下表規(guī)定：

上限溫度tm (℃)	試驗(yàn)溫度t (℃)	電阻值 MΩ
100≤tm＜300	t= tm	10
300≤tm＜500	t= tm	2
500≤tm＜850	t= tm	0.5
850≤tm＜1000	t= tm	0.08
1000≤tm＜1300	t= tm	0.02
tm≥1300	t= 1300	0.02

●鎧裝式熱電偶的絕緣電阻

鎧裝偶直徑 mm	試驗(yàn)電壓 V-dC	絕緣電阻 MW·m
1.5	50±5	≥1000
＞1.5	500±50	≥1000

●熱電阻絕緣電阻
常溫絕緣電阻的試驗(yàn)電壓可取直流10～100V任意值，環(huán)境溫度在15～35℃范圍內(nèi)，相對(duì)濕度應(yīng)不大于80%RH。常溫絕緣電阻值應(yīng)不小于100 MW。

□ 自熱影響
通過(guò)熱電阻中的測(cè)量電流為5mA時(shí)，測(cè)得的電阻增量換算成溫度值應(yīng)不大于0.30℃。

熱電偶材料 熱電偶材料按分度號(hào)分為B、R、S、N、K、E、J、T及WRe3-WRe25、WRe5-WRe26 10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)形式，尚有其它非標(biāo)準(zhǔn)絲材可供選擇。

標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的主要性能

名稱		鉑銠10-鉑鉑銠13-鉑	鉑銠30 鉑銠6	鎳鉻-鎳硅	鎳鉻-康銅	鐵-康銅	銅-康銅	鎳鉻硅-鎳硅鎂
分度號(hào)		S、R	B	K	E	J	T	N
穩(wěn)定性		Φ0.5 1400℃/200h 1084.62℃ 變化≤ ±12μV （約1℃）	Φ0.5 1600℃/200h 1600℃ 變化≤ ±47μV （約4℃）	Φ0.3/800℃ Φ0.5/900℃ Φ0.8 1.0 /1000℃ Φ1.2 1.6 /1100℃ Φ2.0 2.5 /1200℃ Φ3.2/1200℃ 200h 變化≤ ±0.75%t	Φ0.3 0.5 /450℃ Φ0.8 1.0 1.2 /550℃ Φ1.6 2.0 /650℃ Φ2.5/750℃ Φ3.2/850℃ 200h 變化≤ ±0.75%t	Φ0.3 0.5 /400℃ Φ0.8 1.0 1.2 /500℃ Φ1.6 2.0 /600℃ Φ2.5 3.2 /750℃ 200h 變化≤ ±0.75%t	Φ0.2/200℃ Φ0.3 0.5 /250℃ Φ1.0/300℃ Φ1.6/400℃ 200h 變化≤ ±0.4%t	Φ0.3/800℃ Φ0.5/900℃ Φ0.8 1.0 /1000℃ Φ1.2 1.6 /1100℃ Φ2.0 2.5 /1200℃ Φ3.2/1300℃ 250h 變化≤ ±0.75%t
允差	Ⅰ	0～1100℃ ±1℃ 1100～1600℃ ±[1+0.003 (t-1100)] ℃	—	-40～375℃ ±1.5℃ 375～1000℃ ±0.4%t	-40～375℃ ±1.5℃ 375～800℃ ±0.4%t	-40～375℃ ±1.5℃ 375～750℃ ±0.4%t	-40～125℃ ±0.5℃ 125～250℃ ±0.4%t	允差
	Ⅱ	0～600℃ ±1.5℃ 600～1600℃ ±0.25%t	600～1700℃ ±0.25%t	-40～333℃ ±2.5℃ 333～1200℃ ±0.75%t	-40～333℃ ±2.5℃ 333～900℃ ±0.75%t	-40～333℃ ±2.5℃ 333～750℃ ±0.75%t	-40～133℃ ±1℃ 133～350℃ ±0.75%t
	Ⅲ	—	600～800℃ ±4℃ 800～1700℃ ±0.5%t	-167～40℃ ±2.5℃ -200～-167℃ ±1.5%t		—	-67～40℃ ±1℃ -200～-67℃ ±1.5%t	-167～40℃ ±2.5℃ -200～-167℃ ±1.5%t
最高使用溫度 ℃ (長(zhǎng)期→短期)		Φ0.5 1300～1600	Φ0.5 1600～1800	Φ0.3 700～800 Φ0.5 800～900 Φ0.8 1.0 900～1000 Φ1.2 1.6 1000～1100 Φ2.0 2.5 1100～1200 Φ3.2 1200～1300	Φ0.3 350～450 Φ0.8 1.0 1.2 450～550 Φ1.6 2.0 550～650 Φ2.5 650～750 Φ3.2 750～900	Φ0.3 0.5 300～400 Φ0.8 1.0 1.2 400～500 Φ1.6 2.0 500～600 Φ2.5 3.2 600～750	Φ0.2 150～200 Φ0.3 0.5 200～250 Φ1.0 250～300 Φ1.6 350～400	Φ0.3 700～800 Φ0.5 800～900 Φ0.8 1.0 900～1000 Φ1.2 1.6 1000～1100 Φ2.0 2.5 1100～1200 Φ3.2 1200～1300

□廉金屬熱電偶絲直徑的標(biāo)準(zhǔn)形式(mm)

分度號(hào)	K		N		E		J		T
保護(hù)管外徑	16	20	16	20	16	20	16	20	16	20
單支式	2.5	3.2	2.5	3.2	2.0	3.2	2.5	3.2	2.5	3.2
雙支式	1.2	2.5	1.2	2.5	1.2	2.0	1.2	2.5	1.2	2.5

熱電偶熱電阻保護(hù)管

□ 金屬保護(hù)管材料及特性

種類	鋼號(hào)	化學(xué)成分 %	常用溫度(℃)	特性
鈦	TB35	0.2Fe-Ti	250	在低溫下耐蝕，尤其耐海水腐蝕。
黃銅	C3601	59-63 Cu-Zn	400	低溫用，加工性能良好。
鎳銅合金	NCu	63-70 Ni-Cu	500	強(qiáng)度高，對(duì)堿、非氧化性酸及鹽水等具有優(yōu)異的耐蝕性能。
低碳鋼	STPG	0.25-0.3C 0.3-1.0Mn余Fe	600	抗氧化性能弱，應(yīng)在非腐蝕性流體中使用，用玻璃或樹(shù)脂表面改性后，可提高耐蝕性能。
高溫壓力容器用鍛鋼	SFVAF22	2.25Cr-1Mo-Fe C≤0.15	600	低碳合金鋼，因添加Mo、Cr高溫下耐蝕性良好。
奧氏體不銹鋼	SS304	18Cr-8Ni-Fe	900	應(yīng)用最廣的不銹鋼。
	SS316	18Cr-12Ni-2.5Mo-Fe	900	耐孔蝕材料。以海水為主的各種介質(zhì)較304耐蝕性能優(yōu)越。
	SS310S	25Cr-20Ni-Fe	1000	抗氧化性能優(yōu)越，作為耐熱鋼使用，抗硫化物欠佳。
	SS321	18Cr-9Ni-Ti-Fe	900	添加Ti，抗晶界腐蝕性能強(qiáng)。
	SS347	18Cr-9Ni-Nb-Fe	900	添加Nb，抗晶界腐蝕性能強(qiáng)。
奧氏體、鐵素體不銹鋼	SUS329J1	25Cr-4.5Ni-2Mo	800	具有兩相結(jié)構(gòu)，耐酸耐孔蝕性能強(qiáng)，并且具有高強(qiáng)度。
鐵素體耐熱鋼	SUH446	25Cr-0.2N-0.2C	1000	耐高溫腐蝕性能強(qiáng)，至1082℃下，不產(chǎn)生易剝落的鐵皮，耐硫腐蝕。
耐熱耐蝕超合金	NCF600	15.5Cr-72Ni-7Fe	1050	在高溫氧化、還原性氣氛下，耐蝕性能優(yōu)越。耐滲碳及氮化性強(qiáng)。
耐熱耐蝕超合金	NCF800	20.5Cr-32Ni-44.5Fe Ti-Al-Cu	1000	抗?jié)B碳及內(nèi)氧化性強(qiáng)，具有穩(wěn)定的奧氏體結(jié)構(gòu)，耐蝕性良好。其高溫強(qiáng)度、蠕變、斷裂強(qiáng)度高。
鎳基耐熱耐蝕合金	—	15Cr-52Ni-16Mo 5.5Fe-4W	1000	可用于氧化、還原性氣氛。耐酸及混酸腐蝕。
鎳基耐熱耐蝕合金	—	22Cr-48Ni-9Mo 18Fe-1.5Co-0.6W	1150	典型的耐熱合金。在1090℃下仍具有很高強(qiáng)度及抗氧化性。在氧化、還原及中性氣氛中均耐腐蝕。
鈷基耐熱耐蝕合金	UMCO50	28Cr-21Fe-1Si 50Co	1150	耐熱沖擊，耐磨材料，耐硫化物及釩蝕損，高溫強(qiáng)度大。
耐磨合金	HR1230	Ni-Fe-Cr-Al	800～1200	具有極高的強(qiáng)度及耐磨性能，適用于流化床等惡劣的磨損環(huán)境。
鐵基合金	MPT-1	Fe-Cr	1000	耐鋁及鋁合金液體腐蝕。
鐵基合金	MPT-2	Fe-Cr	1000	耐氟化物冰晶石腐蝕。
耐熱合金管	3YC52	Ni45Cr17Al	1250	使用溫度及高溫抗氧化性能優(yōu)于同類高溫合金。
耐熱合金管	OR1300	Ni-Cr-W-Mo-Al	1250	使用溫度及高溫抗氧化性能優(yōu)于同類高溫合金。

□ 非金屬保護(hù)管的品種及特性

材質(zhì)		符號(hào)	化學(xué)成分 %	常用溫度 ℃	最高使用溫度℃	特性
氯化乙烯樹(shù)脂聚乙烯氟樹(shù)脂			氯化乙烯乙烯乙烯	50 80 250		組成及配方不同，常用溫度也不同。對(duì)酸及堿均具有耐蝕性，但隨溫度升高，其安全性下降。為使塑料具有機(jī)械強(qiáng)度，通常是套在金屬保護(hù)管表面上使用。
石英		QT	SiO2	1000	1100	耐熱沖擊性好，但強(qiáng)度低，耐酸性強(qiáng)，耐堿性差，在H2及還原性氣體中氣密性差。
粘土質(zhì)瓷管高鋁質(zhì)瓷管剛玉質(zhì)瓷管		CB3 CB2 CB1	Al2O3 99.5	1000 1400 1600	1500 1800	Al2O3的純度越高，其高溫強(qiáng)度、電絕緣性能、耐磨性能越好，在氧化性或還原性氣氛中，也可用到很高的溫度。
氧化鎂			MgO 97	1800		MgO易水解。在高溫下燒成的高密度材料，耐無(wú)機(jī)鹽及氧化性氣體腐蝕。
氧化鋯		ZR	ZrO2 94 CaO 6	1800	2400	在高溫下難與氧化性、中性物質(zhì)反應(yīng)，但受堿性氧化物腐蝕。
碳化硅	再結(jié)晶SiC	Y1	SiC 98	1650		氣密性好，耐熱沖擊性強(qiáng)，在高溫下耐熱，耐磨性優(yōu)異。在氧化、還原性氣氛中可用至1700℃。
	硅結(jié)合SiC	Y3	SiC 89Si 9	1500	1700	熱傳導(dǎo)性能好，抗熱沖擊性強(qiáng)。
	Si3N4結(jié)合SiC	Y4		1550	1750	因含Si3N4故耐熔鋁腐蝕。
Si3N4			Si3N4 97	1600		Si3N4的氧化產(chǎn)物與SiC相同，在Si3N4的表面氧化初期形成SiO2保護(hù)膜。
塞隆		HCN	Si-Al-O-N	1250		耐鋁液腐蝕，污染極小，壽命較鑄鐵管長(zhǎng)，可達(dá)一年以上。
石墨			C	1500	2300	耐高溫，易氧化，耐熱沖擊性能好，抗堿腐蝕。

□ 金屬陶瓷保護(hù)管的品種及特性

型號(hào)	主要成分	常用溫度 ℃	最高溫度 ℃	規(guī) 格mm	使用介質(zhì)	特性
LT1	Al2O3-Cr	1300	1400	28×16	鋁以外的有色金屬熔體	耐熱、耐磨性能優(yōu)越
CT	ZrO2-Mo	1600	2200	12×6	液態(tài)金屬	導(dǎo)熱性能好，抗熱震性強(qiáng)，不適于氧化氣氛。
MCPT-3	MgO-Mo-Cr	1600	1800	Φ30×18×500	鋼水、鐵液	鉬基金屬陶瓷不適于氧化性氣氛。
MCPT-4	Al2O3-Cr2O3-TiO2-Mo	1200	1400	Φ23×15×280	BaCl2
MCPT-6	Al2O3-Cr2O3-MgO-Mo-TiO2-Cr	1100	1300	Φ23×15×280	銅及銅合金

(編輯：hengkaikeji)

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