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常见问题
在温度传感器选型时,什么情况下选择热电偶和热电阻

热电偶是温度传感器。两种不同金属接触面两端在不同温度时产生不同微弱电压,经放大电路来测量温度。主要用于测量高温。

热电阻是电阻值随着温度变化。主要用于测量微小的温度变化。

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一,热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路,如两连接端温度不同,则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是:

①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。

②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。

③构造简单,使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。 

1.热电偶测温基本原理  将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 

2.热电偶的种类及结构形成

(1)热电偶的种类

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。  标准化热电偶我国从1988年1月1日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。

(2)热电偶的结构形式

为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下:
①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固;

②两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路

③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠;

④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。

3.热电偶冷端的温度补偿  由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。

在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。 

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高,性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的,它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。 

1、热电阻测温原理及材料  热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,此外,现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 

2、热电阻的类型

1)普通型热电阻  从热电阻的测温原理可知,被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的,因此,热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。

2)铠装热电阻  铠装热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体,它的外径一般为φ2--φ8mm,最小可达φmm。与普通型热电阻相比,它有下列优点:

①体积小,内部无空气隙,热惯性上,测量滞后小;

②机械性能好、耐振,抗冲击;③能弯曲,便于安装④使用寿命长。

3)端面热电阻  端面热热电偶是温度传感器。两种不同金属接触面两端在不同温度时产生不同微弱电压,经放大电路来测量温度。主要用于测量高温。

4)热电阻是电阻值随着温度变化。主要用于测量微小的温度变化。 
一、看测温范围。热电阻和热电偶各有适宜的测温范围,根据实际测温点的温度及温度梯度分布情况酌情选择; 
二、结合现场环境状况选择,尤其是要考虑现场电磁兼容性能,各种杂波、谐波、差模和共模干扰信号的情况。当使用热电偶时因温差热电势属于较微弱的电信号,易受干扰从而引入测量误差,而热电阻因为是电流信号不易受干扰,而且又因为有三线制、四线制等可以进一步减少测量的系统误差,所以热电阻在满足测量范围的前提下还具有抗干扰性能强的优势,还没有热电偶的冷端补偿问题的麻烦。另外,现场一般在测温点都是将热电阻接到变送器上再输出给二次仪表,不怕线路长造成信号衰减,而且不必使用造价较高的补偿导线,而热电偶则需要使用补偿导线,这些情况下均适宜使用热电阻。当然热电阻的阻值随温度而非线性变化会引入系统误差,而且热电阻的热惯性略显大些,不能够较好的跟踪温度快速和大幅度的变化。为避免系统误差过大,接入的二次仪表出的分辨率不宜过大,这样也限制了系统整体的测温线性范围。 

首先看被测介质的使用温度,热电阻一般应用于温度不超过300度的被测介质,特别是低于200度的时候,热电阻得到大量应用。而热电偶一般测量介质的温度都在200度以上,因为在低温时热偶的热电式很小,加上热电偶易受电磁干扰,因此在低温下不适合应用。 
再者还要看原有系统的兼容性和剩余卡件及以后维护方便性的情况,如:我厂的润滑油系统DCS,原先的温度都是热电偶测量,其控制柜里边的卡件也是热电偶输入卡,现在要把炉区的原燃料油改为天然气燃料需要在天然气缓冲罐内加以温度点,由于天然气的温度在100度以内,应该安装热电阻,但是考虑控制柜原先没有热电阻输入卡,且热电偶输入卡还有很多空余,加上新加温度点只是指示,因此现场选用热电偶。 

由于热电阻的导线只需普通的三芯或四芯屏蔽电缆,在铺设和穿管中都比热电偶的补偿导线容易,且以后的维护也比热电偶简单,因为热电偶的微电势,容易受到干扰,因此在热电偶的接线端对其接触电阻和密封条件要求比热电阻严格,特别是在高踏上的热电偶,遇到雷雨天气极易受电磁干扰,因此在介质温度允许情况下,建议优先选择热电阻。 


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