热工第2章-热电阻温度计

§§22--44热热电阻温度计电阻温度计ResistanceThermometerResistanceThermometer常用热电阻种类热电阻的结构半导体热敏电阻热电阻测温原理一、热电阻测温原理及特点一、热电阻测温原理及特点„„用热电偶测量用热电偶测量500500℃℃以下温度时，以下温度时，热电势小，测量精度低；且使用中热电势小，测量精度低；且使用中经常需要进行冷端温度补偿。经常需要进行冷端温度补偿。„„故工业上在测低温时通常采用热电故工业上在测低温时通常采用热电阻温度计，其测温范围为阻温度计，其测温范围为－－200200～～500500℃℃。。取一只取一只100W/220V100W/220V灯泡，用万用表测量其电阻值，灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为态电阻值应为484484ΩΩ。。温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加。„„优点：优点：11）输出信号大、）输出信号大、测温精度高测温精度高；；22））电阻电阻信号便于远传；信号便于远传；33）无需冷端补偿；）无需冷端补偿；44）可以实现多点切换测量。）可以实现多点切换测量。11、热电阻测温特点、热电阻测温特点„„缺点：缺点：11）感温部分体积大，热惯性大；）感温部分体积大，热惯性大；22）不能测取某一点的温度，只能测量）不能测取某一点的温度，只能测量一个区域的平均温度；一个区域的平均温度；33）在使用时需要外供电源；）在使用时需要外供电源；44）连接导线电阻易受环境温度影响而产）连接导线电阻易受环境温度影响而产生测量误差。生测量误差。„„热电阻温度计的组成：热电阻温度计的组成：99热电阻（电阻体、绝缘管热电阻（电阻体、绝缘管和保护套管）和保护套管）99连接导线连接导线99显示仪表显示仪表22、热电阻测温原理、热电阻测温原理测温原理测温原理„„金属导体或半导体金属导体或半导体::电阻值电阻值RR==ff((温度温度tt))„„电阻电阻温温度系数度系数（（αα））————温度变化温度变化11℃℃时，导体电阻值的相对时，导体电阻值的相对变化量，单位为变化量，单位为1/1/℃℃。。00001()ttttRRRRttRtα−Δ==−Δ¾¾αα↑→↑→灵敏度灵敏度↑↑。。¾¾金属导体金属导体::tt↑→↑→RRtt↑↑，，∴∴αα为正值；为正值；而半导体而半导体::tt↑→↑→RRtt↓↓，，∴∴αα为负值。为负值。¾¾金属金属纯度纯度↑→↑→αα↑↑。有些合金材料，。有些合金材料，如锰铜如锰铜αα→→00。。常用热电阻材料的电阻与温度关系常用热电阻材料的电阻与温度关系„„根据根据感温元件的材质感温元件的材质可分为可分为金属导体金属导体和和半导体半导体两大类。金属热电阻目前大量使两大类。金属热电阻目前大量使用的有铂、铜和镍三种。用的有铂、铜和镍三种。„„按按准确度等级准确度等级可分为可分为标准电阻温度计标准电阻温度计和和工业电阻温度计工业电阻温度计。。二、常用热电阻种类二、常用热电阻种类„„热电阻材料要求：热电阻材料要求：（（11）物理及化学性质稳定；）物理及化学性质稳定；（（22））电阻温度系数电阻温度系数大；大；（（33））电阻率电阻率大；大；（（44）电阻值与温度近似为）电阻值与温度近似为线性线性关系；关系；（（55）复现性好；）复现性好；（（66）价格便宜。）价格便宜。¾¾特点：稳定性好、精确度高、性能可靠。特点：稳定性好、精确度高、性能可靠。¾¾ITSITS－－9090规定以铂电阻温度计作为规定以铂电阻温度计作为13.8033K13.8033K～～961.78961.78℃℃温域的标准内插仪器温域的标准内插仪器（（11）铂热电阻）铂热电阻（（PtPt））¾¾铂的电阻值与温度的关系铂的电阻值与温度的关系••在－在－200200～～00℃℃范围内：范围内：••在在00～～850850℃℃范围内：范围内：2301(100)tRRAtBtCtt⎡⎤=+++−⎣⎦20(1)tRRAtBt=++¾¾铂电阻的纯度铂电阻的纯度通常用通常用RR100100/R/R00表示。表示。¾¾铂电阻的分度号铂电阻的分度号::Pt10Pt10、、Pt100Pt100、、Pt50Pt50Pt10Pt10——表示铂电阻在表示铂电阻在00℃℃时的电阻值为时的电阻值为RR00＝＝1010ΩΩ学习查学习查““铂热电阻分度铂热电阻分度表表””铂热电阻分度表铂热电阻分度表¾¾铜电阻与温度的关系铜电阻与温度的关系••在－在－5050～＋～＋150150℃℃范围内：范围内：••在在00～～100100℃℃范围内，电阻温度关系是线性的：范围内，电阻温度关系是线性的：RRtt==RR00(1+(1+ααtt))式中，式中，αα＝＝(4.25~4.28)(4.25~4.28)××1010－－33//℃℃,,230(1)tRRAtBtCt=+++（（22）铜热电阻）铜热电阻（（CuCu））¾¾优点：优点：RR--tt关系近似线性；关系近似线性；αα较大；材料较大；材料易提纯；价格便宜，互换性好。易提纯；价格便宜，互换性好。¾¾缺点：缺点：电阻率较小，为保持一定阻值需要电阻率较小，为保持一定阻值需要细而长的铜丝，使体积细而长的铜丝，使体积↑↑热惯性热惯性↑↑；测温；测温上限低，因为铜在上限低，因为铜在100100℃℃以上易氧化且抗以上易氧化且抗腐蚀性差。腐蚀性差。¾¾铜电阻的分度号铜电阻的分度号Cu50Cu50和和Cu100Cu100¾¾特点：电阻温度系数大，灵敏度高。特点：电阻温度系数大，灵敏度高。¾¾测温范围是－测温范围是－6060～＋～＋180180℃℃，主要用，主要用于较低温域。于较低温域。¾¾镍电阻的分度号有镍电阻的分度号有Ni100Ni100、、Ni300Ni300和和Ni500Ni500（（33）镍热电阻（）镍热电阻（NiNi））热电阻的主要技术性能热电阻的主要技术性能例：例：用分度号用分度号Cu100Cu100的铜电阻温度计测得的铜电阻温度计测得发电机冷却水温度为发电机冷却水温度为5656℃℃，但检定时确，但检定时确知铜热电阻的知铜热电阻的RR00＝＝100.8100.8ΩΩ，电阻温度，电阻温度系数系数αα’’＝＝4.294.29××1010--33//℃℃，试求冷却水的，试求冷却水的实际温度。实际温度。解：解：测温时显示仪表按测温时显示仪表按RR00=100=100ΩΩ,,αα＝＝4.284.28××1010--33//℃℃分度的，分度的，RRtt==RR00(1+(1+ααtt))，故，故100100××(1(1十十0.004280.00428××56)56)=100.8=100.8××(1(1十十0.004290.00429××tt))由此求得冷却水实际温度由此求得冷却水实际温度tt=53.6=53.6℃℃。。三、热电阻的结构三、热电阻的结构（（11）普通）普通热电阻热电阻（（22）铠装）铠装热电阻热电阻薄膜型及普通型铂热电阻薄膜型及普通型铂热电阻小型铂热电阻小型铂热电阻防爆型铂热电阻防爆型铂热电阻汽车用水温传感器及水温表汽车用水温传感器及水温表铜热电阻铂电阻温度显示、变送器铂电阻温度显示、变送器☆☆热电阻的接线方法：热电阻的接线方法：引出线引出线——由热电阻体至接线端子的连接导线由热电阻体至接线端子的连接导线R4R3dcR0R2ERtdab平衡状态下：IA×RA-IB×RB＝0It×Rt-ID×RD＝0∵IA＝IB＝It＝ID∴DBAtRRRR×=电桥安装在仪表室内的，而热电阻Rt安装在被测对象中，距仪表室有一定的距离，由于两根导线电阻Ra及Rb在一个桥臂内，铜导线电阻受温度影响较大，在热电阻没有任何变化时，导线电阻变化会使得平衡电阻RD相应移动，标尺上的读数改变。移动滑线电阻RD，检流计指针指零，表示电桥平衡由于RA／RB一定，故移动RD的电阻值不断平衡，可通过RD电阻刻度或温度刻度读取温度变化。二线制连接法（惠斯登电桥）平衡状态下，考虑Ra、Rc和RbRt+Rc＝（RA+Ra）RD/RB注意：平衡时Ib＝0()cBDaAtRRRRRR−×+=导线电阻Ra及Rb分别在相邻桥臂RA及RD中，另一导线电阻接到导线的输出端。如果RA＝RD，则环境温度变化及电阻自身发热引起导线电阻Ra及Rb的变化基本相等，对电桥平衡影响极小。三线制连接法（卡仑达尔电桥）（（11））两线制两线制存在引出线电阻随温度变化产生的附加误差；存在引出线电阻随温度变化产生的附加误差；（（22））三线制三线制可以消除引出线电阻的影响；工业上多采用。可以消除引出线电阻的影响；工业上多采用。（（33））四线制四线制不仅可消除引出线电阻的影响，还可消除连接不仅可消除引出线电阻的影响，还可消除连接导线间接触电阻及其阻值变化的影响。多用于导线间接触电阻及其阻值变化的影响。多用于标准铂热电阻的引出线上。标准铂热电阻的引出线上。热电阻在使用中的注意事项：热电阻在使用中的注意事项：„„为减小环境温度对线路电阻的影响，工业上常采用为减小环境温度对线路电阻的影响，工业上常采用三线制连接，也可以采用四线制连接。三线制连接，也可以采用四线制连接。„„热电阻引入显示仪表的线路电阻必须符合规定值，热电阻引入显示仪表的线路电阻必须符合规定值，否则将产生系统误差。否则将产生系统误差。„„热电阻工作电流应小于规定值，否则因过大电流造热电阻工作电流应小于规定值，否则因过大电流造成自热效应，产生附加误差。成自热效应，产生附加误差。„„热电阻分度号必须与显示仪表调校时分度号相向。热电阻分度号必须与显示仪表调校时分度号相向。四、半导体热敏电阻四、半导体热敏电阻（（SemiconductorHeatSemiconductorHeat--sensitiveResistancesensitiveResistance））„„工作原理：工作原理：是利用半导体材料的是利用半导体材料的电阻随温度显电阻随温度显著变化著变化这一特性制成的感温元件。这一特性制成的感温元件。由某些金属氧化物按一定的配方比由某些金属氧化物按一定的配方比例压制烧结而成。例压制烧结而成。¾¾负温度系数负温度系数(NTC)(NTC)热敏电阻（热敏电阻（阻值随温度升高而显著减少）阻值随温度升高而显著减少）采用采用MnOMnO22、、Mn(NOMn(NO33))44、、CuOCuO、、Cu(NOCu(NO33))22等化合物制造；等化合物制造；¾¾正温度系数正温度系数(PTC)(PTC)热敏电阻热敏电阻采用采用NiONiO22、、ZrOZrO22等化合物制造；等化合物制造；¾¾临界温度临界温度(CTR)(CTR)热敏电阻热敏电阻当温度超过某一数值后，电阻会急剧增加或减少。当温度超过某一数值后，电阻会急剧增加或减少。热敏热电阻温度特性„„电阻与温度的关系（非线性的）：电阻与温度的关系（非线性的）：00/BTTRAe=/BTTRAe=T为热力学温度；e＝2.71828；A、B为常数。在温度在温度TT00时的电阻值为时的电阻值为0011/()BTTTTRRe−=两式整理得:[[例例]]已知某半导体热敏电阻在已知某半导体热敏电阻在2020℃℃时的阻时的阻值为值为100100ΩΩ，其电阻与温度斜率为，其电阻与温度斜率为dR/dtdR/dt==－－5.05.0ΩΩ/K/K。。试求：该热敏电阻在试求：该热敏电阻在5050℃℃时的阻值。时的阻值。[[提示提示]]利用公式利用公式/BTTRAe=[[解解]]代入已知数据，即可求得代入已知数据，即可求得AA和和BB的值的值A=0.000043092(A=0.000043092(ΩΩ);B=4296.8(K));B=4296.8(K)再利用公式求得，再利用公式求得，RRTT在在5050℃℃((即即5050＋＋273.15K)273.15K)时时的阻值为的阻值为25.6425.64ΩΩ。。⎪⎩⎪⎨⎧−⋅=