溫度傳感器的應(yīng)用技術(shù)

馬 林，劉 祥

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南陽(yáng)醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，河南南陽(yáng)473009）

1 概述

溫度傳感器不僅應(yīng)用于科研和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而且是與人們生活緊密相關(guān)的一個(gè)重要物理量。溫度傳感器是利用材料、元件的溫度特性測(cè)溫，要求材料只對(duì)溫度敏感，且重復(fù)性好，滯后和時(shí)效小，靈敏度和精度高，性能穩(wěn)定、可靠等。常用的有熱電偶、熱電阻。

2 溫度測(cè)量的方法

2.1 熱電阻

熱電阻是利用導(dǎo)體電阻隨溫度變化這一特性來測(cè)量溫度的，在測(cè)溫和控溫中廣泛應(yīng)用。熱電阻種類較多，常用的有鉑電阻和銅電阻。鉑絲是制作熱電阻的最好材料，物理、化學(xué)性能非常穩(wěn)定，測(cè)量精度高。鉑電阻主要用于制作標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)。常用的有Pt100，測(cè)溫范圍為-200～960℃。但鉑在高溫下，易受還原性介質(zhì)污染，使鉑絲變脆并改變鉑絲電阻與溫度間的關(guān)系，因此使用時(shí)應(yīng)裝在保護(hù)套管中。銅絲的特點(diǎn)是價(jià)格便宜、純度高、復(fù)制性好，線性特性僅次于鉑，比鉑電阻有較高的靈敏度，常用來制作-50～＋150℃范圍內(nèi)的工業(yè)用電阻溫度計(jì)。其缺點(diǎn)是電阻率較低，容易氧化，只能用在較低溫度和沒有水份及腐蝕性的介質(zhì)中。

熱電阻的測(cè)量方法有恒壓法和恒流法兩種。恒壓法是保持熱電阻兩端的電壓恒定，測(cè)量電流變化的方法，恒流法是保持流經(jīng)熱電阻的電流恒定，測(cè)量其兩端電壓的方法。恒壓法的電路簡(jiǎn)單，并且組成橋路就可進(jìn)行溫漂補(bǔ)償，使用廣泛，但電流與鉑熱電阻的阻值變化成反比，當(dāng)用于很寬的測(cè)溫范圍時(shí)，要特別注意線性化問題。恒流法的電流與鉑熱電阻的阻值變化成正比，線性化方法簡(jiǎn)便，但要獲得準(zhǔn)確的恒流源，電路比較復(fù)雜。熱電阻測(cè)溫電路是電橋，但采用普通電橋會(huì)因連接導(dǎo)線電阻受環(huán)境溫度變化造成測(cè)量誤差。消除這種誤差的方法可以用三線制或四線制電橋。

具有相同的長(zhǎng)度和電阻溫度系數(shù)的兩根導(dǎo)線，分別接在相鄰臂內(nèi)，溫度引起的電阻變化相同，根據(jù)差動(dòng)電橋原理，不會(huì)影響電橋的輸出。第三根導(dǎo)線接在檢流計(jì)或電源回路中，影響極小。電路的缺點(diǎn)是調(diào)零電阻串在橋臂中，其觸頭的接觸電阻可能導(dǎo)致電橋的零點(diǎn)不穩(wěn)。

圖1 熱電阻的三線制測(cè)溫電橋

2.2 熱電偶

熱電偶測(cè)溫范圍高，是工業(yè)上常用的測(cè)溫元件，下限達(dá)-270°C，上限達(dá) 1800°C 以上，它屬于自發(fā)電型傳感器，測(cè)量時(shí)可以不需外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表。在使用熱電偶測(cè)溫時(shí)，必須能夠熟練地運(yùn)用熱電偶的參考端處理方法、安裝方法、測(cè)溫電路、測(cè)溫儀表及在表面測(cè)溫時(shí)的焊接方法等實(shí)用技術(shù)。熱電偶的參考端處理：熱電偶工作時(shí)，必須保持參考端溫度恒定，并且熱電偶的分度表是以參考端溫度為0℃作出的。因在工程測(cè)量中參考端距離熱源近，且暴露于空氣中，易受被測(cè)對(duì)象溫度和環(huán)境溫度波動(dòng)的影響，使參考端溫度難以恒定而產(chǎn)生測(cè)量誤差。為了消除這種誤差，可采取溫度補(bǔ)償或修正措施。參考端恒溫法：將熱電偶的參考端放在有冰水混合的保溫瓶中，可使熱電偶輸出的熱電動(dòng)勢(shì)與分度值一致。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可將參考端置于盛油的容器中，利用油的熱惰性使參考端保持接近室溫。

補(bǔ)償導(dǎo)線法：采用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶延伸到溫度恒定或溫度波動(dòng)較小處。為了節(jié)約貴重金屬，熱電偶電極不能做得很長(zhǎng)，但在0～100℃范圍內(nèi)，可以用與熱電偶電極有相同熱電特性的廉價(jià)金屬制作成補(bǔ)償導(dǎo)線來延伸熱電偶。在使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，必須根據(jù)熱電偶型號(hào)選配補(bǔ)償導(dǎo)線，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶兩接點(diǎn)處溫度必須相同，極性不能接反，不能超出規(guī)定使用溫度范圍。利用熱電偶測(cè)量大型設(shè)備的平均溫度時(shí)，可將熱電偶串聯(lián)或并聯(lián)使用。熱電偶表面測(cè)溫在300℃以下用熱電偶測(cè)量物體表面溫度，可用粘接劑將熱電偶結(jié)點(diǎn)粘附于金屬壁面；在溫度較高時(shí)，常采用焊接方法把熱電偶頭部焊于金屬壁面。一般熱電偶的插入深度應(yīng)為：金屬保護(hù)管直徑的15～20倍，非金屬保護(hù)管的10～15倍。對(duì)細(xì)管道內(nèi)流體的溫度測(cè)量應(yīng)尤其注意。

3 結(jié)束語(yǔ)

熱電偶傳感器適用于測(cè)量500℃以上的高溫，對(duì)于500℃以下的中、低溫的測(cè)量就會(huì)遇到熱電動(dòng)勢(shì)小、干擾大和參考端溫度引起的誤差大等困難，為此常用熱電阻作為測(cè)溫元件，在使用溫度傳感器測(cè)溫時(shí)，必須能夠熟練地運(yùn)用安裝方法、測(cè)溫電路、測(cè)溫儀表及在表面測(cè)溫時(shí)的焊接方法等實(shí)用技術(shù)，這樣才能充分應(yīng)用溫度傳感器達(dá)到測(cè)量溫度的目的。

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