电气检测技术4.5

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NUST自动化学院电气检测技术1工作特点利用导体电阻值随温度的变化而变化的特性(热阻效应)来进行温度测量的。可测量温度、可以作为温度补偿、过负荷保护、火灾报警、气体和液体成分分析以及温度控制等。测量用的热电阻材料必须具备以下特点:1、电阻温度系数尽可能大和稳定,电阻率高;2、电阻与温度之间关系最好成线性;3、较宽测量范围内具有稳定的物理化学性质。NUST自动化学院电气检测技术2类型金属热电阻、半导体热电阻主要用来测量与温度有关的一些参数。金属热电阻应用得较多的材料有铂以及铜。热电阻由电阻体、保护套和接线盒等部件组成。结构形式可根据实际使用情况制成各形状,通常是将双线电阻丝绕在用石英、云母陶瓷和塑料等材料制成的骨架上,可测量-200-500℃的温度。NUST自动化学院电气检测技术3一、常用热电阻及特性1、铂电阻(铂电阻与温度的关系):-200--0℃之间,阻值温度关系为:0--650℃之间,阻值温度关系为:Rt-t℃时铂电阻电阻;R0-0℃时铂电阻电阻;))100(1(320ttCBtAtRRt)1(20BtAtRRtCA03/109687.3207/1084.5CB4012/1022.4CCNUST自动化学院电气检测技术4铂电阻是利用高纯铂丝制成,其物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定,因此能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻的技术特性表见P170。标准热电阻一般均采用铂电阻,铂电阻也是所有测温器件中精度最高的一种。工业用铂电阻一般由直径的纯铂丝绕在平板型支架上,用银导线作为引出线。NUST自动化学院电气检测技术52、铜电阻测量精度不太高,测温范围不大的情况下,可以采用铜电阻来替代铂电阻,可降低成本。工业用铜电阻的测温范围为:-50-150℃,阻值温度关系函数为:式中:Rt、R0的意义同上)1(320CtBtAtRRtCA03/1028899.4207/10133.2CB309/10233.1CCNUST自动化学院电气检测技术6测温范围在0-100℃之间时,可用下面的阻值温度关系函数来近似表示:式中温度系数取为:铜电阻的缺点是电阻率较低,电阻体的体积较大,热惯性也较大,在100℃以上易氧化,因此只能用于低温以及无侵蚀性的环境中。)1(0tRRtC03/1033.4NUST自动化学院电气检测技术7二、测量及校正电路1、实际电路中,采用电桥作为热电阻测量电路。因热电阻本身阻值较小,导线电阻值不可忽视。常用三线式测量电桥,图中Rt为热电阻,r1、r2、r3为引线电阻,R1、R2为两桥臂电阻,且R1=R2,R3为电桥调整用的精密电位器。NUST自动化学院电气检测技术8说明由于仪表的内阻(或外测量电路的负载电阻)一般很大,因此,可以认为流过电阻r3的电流为零,调节电位器R3使得电桥达到平衡,此时电桥输出电压为0,此时,桥路中,阻值关系应满足:此时就可以消除引线电阻带来的影响。经校正后可达到mK精度。213rRrRtNUST自动化学院电气检测技术9需注意,采用热电阻测量时,流过热电阻的电流不能超过其规定值(一般工业用热电阻工作电流为4-5mA),否则会产生较大的热量,影响测量精度。NUST自动化学院电气检测技术102、校正电路热电阻的阻值与温度的关系是非线性的,因此在利用热电阻进行测量时,须要进行非线性校正,非线性校正的方法很多。1)利用桥路的非线性校正(略)NUST自动化学院电气检测技术112)利用运放的非线性校正热电阻作为反馈电阻接在放大器电路中,同相端用锗二极管进行电位箝位,正向导通电压0.3V,工作时,放大器的同相输入端加上工作电压,二极管正向导通,电路输出电压为:INtVRRV)1(10VVIN3.0NUST自动化学院电气检测技术12t=-50℃,铂电阻Pt100的阻值为Rt1=80.31欧:此时的输出电压为:t=200℃,铂电阻Pt100的阻值为Rt2=175.84欧此时的输出电压为:校正后I/O特性曲线方程:(量程为-50--200℃)VV03.13.0)3331.801(01VV90.13.0)3384.1751(02))50(()50(20003.190.103.1tV)50(25087.003.1tNUST自动化学院电气检测技术13三、基本测温电路设计铂电阻的基本测温电路由恒流型和恒压型两种。如图为恒流源型铂电阻测温电路,铂电阻为TRRA102B,标称电阻为1K(减小由引线电阻带来的附加误差),阻值—温度关系为:)10580195.01090802.31(1000263ttRtC0500~0NUST自动化学院电气检测技术14电路NUST自动化学院电气检测技术15电路说明1、运放输出电压为:为保证t=0℃时,电路的输出电压为0,对电位器W1进行零位调节,调零后,应得到:1211IRVIRVVtetee1111)2010(RVVRWKWKVertrVVVee121NUST自动化学院电气检测技术162、量程范围内,e点输出电压为:在0--100℃内,电路的输出电压为:tereRRVVV111)10580195.01090802.3(1012633ttRteVRWRV4250)10580195.01090802.3(10242632ttKWKNUST自动化学院电气检测技术17在t=100℃时,得到输出电压为:如果需要电路的灵敏度为10mV/℃,即电路的满量程输出电压为0--1V,通过调节电位器W2获得:)385.0(1024)100(200KWKCV1)385.0(1024)100(200KWKCVKW97.12NUST自动化学院电气检测技术18由于铂电阻存在非线性,上述测温方法具有较大的非线性误差,在0--100℃内,非线性误差为0.4%;在0-500℃的测量范围内,非线性误差为2%;可见非线性误差是比较大的,电路一般需要进行非线性校正。NUST自动化学院电气检测技术19误差产生的原因:热电阻本身的非线性误差恒流源误差引线误差当采用合理的非线性校正电路后,铂电阻的测温电路的非线性误差在整个测温范围内可以保持在0.1%,而在0--500℃则基本接近线性。NUST自动化学院电气检测技术20小结

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