表面熱電阻*概 述

　　表面熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時(shí)自身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來測(cè)量溫度的。其感溫元件由特殊處理的電阻絲纏繞制成，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量表面溫度。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)中有溫度梯度存在時(shí)，所測(cè)得溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度。

　　表面熱電阻是中低溫區(qū)*常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量**度是*高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。

　　表面熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用*多的是鉑和銅，鉑電阻精度高，適用于中性和氧化性介質(zhì)，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越小;銅電阻在測(cè)溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系，溫度線數(shù)大，適用于無腐蝕介質(zhì)，超過150易被氧化。此外，現(xiàn)在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。

　　表面熱電阻*工作原理

　　與熱電偶的測(cè)溫原理不同的是，熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測(cè)量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測(cè)量出溫度。熱電阻的受熱部分 (感溫元件)是用細(xì)金屬絲均勻的纏繞在絕緣材料制成的骨架上，當(dāng) 被測(cè)介質(zhì)中有溫度梯度存在時(shí)， 所測(cè)得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi) 介質(zhì)層中的平均溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。

　　金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即

　　Rt=Rt0[1+α(t-t0)]

　　式中，Rt為溫度t時(shí)的阻值;Rt0為溫度t0(通常t0=0℃)時(shí)對(duì)應(yīng)電阻值;α為溫度系數(shù)。

　　半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系為

　　Rt=AeB/t

　　式中Rt為溫度為t時(shí)的阻值;A、B取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。

　　相比較而言，熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高(通常在數(shù)千歐以上)，但互換性較差，非線性嚴(yán)重，測(cè)溫范圍只有-50~300℃左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測(cè)和控制。金屬熱電阻一般適用于-200~500℃范圍內(nèi)的溫度測(cè)量，其特點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應(yīng)用極其廣泛。

　　熱電阻*分 類

　　1.熱電阻通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。它可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)過程中從 -200℃ 至 + 600℃ 范圍內(nèi)的液 體、蒸汽和氣體介質(zhì)及固體表面的溫度，根據(jù)使用場(chǎng)合的不同， 可以分為：

　　( 1 )裝配熱電阻：通常由感溫元件、安裝固定裝置和接 線盒等主要部件組成，具有測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際 運(yùn)用中以 Pt100 鉑熱電阻運(yùn)用*為廣泛。

　　( 2 )鎧裝鉑熱電阻：鎧裝熱電阻是由感溫元件、引線、 絕緣材料、 不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為φ2~φ8mm，*小可達(dá) φmm。 與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)： ①體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測(cè)量滯后小; ②機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊; ③能彎曲，便于安裝;④使用壽命長(zhǎng)。

　　( 3 )隔爆型熱電阻：隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)， 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于 Bla~B3c 級(jí)區(qū)內(nèi)具有

　　( 4 )表面熱電阻/端面熱電阻：表面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲纏繞制成，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量表面溫度。

　　2. 根據(jù)感溫元件分類：目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。

　　金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即 Rt=Rt0[1+α(t-t0)] 式中，Rt 為溫度 t 時(shí)的阻值;Rt0 為溫度 t0(通常 t0=0℃)時(shí)對(duì)應(yīng)電阻值;α為溫度系數(shù)。 半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系為 Rt=AeB/t 式中 Rt 為溫度為 t 時(shí)的阻值;A、B 取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。 相比較而言，熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高(通常在數(shù)千歐以上) ，但互換性較差，非線性嚴(yán)重，測(cè)溫范圍只有-50~300℃左右，大 量用于家電和汽車用溫度檢測(cè)和控制。金屬熱電阻一般適用于-200~500℃范圍內(nèi)的溫度測(cè)量，其特點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應(yīng) 用極其廣泛。 熱電阻材料 熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測(cè)量的。

　　表面熱電阻*結(jié)構(gòu)形式

　　表面熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成，主要用于測(cè)量固體表面溫度。

　　表面熱電阻*技術(shù)指標(biāo)

　　★ 分度號(hào):Pt100(R0=100Ω)

　　★ 精度等級(jí): B級(jí)

　　★ 熱響應(yīng)時(shí)間:τ0.5<15s

　　★ 絕緣電阻: 外殼和探頭之間的絕緣電阻不小于100MΩ(100V直流)。

　　★ 測(cè)溫范圍: -79～200℃

　　表面熱電阻*信號(hào)連接方式

　　熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號(hào)通過引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大的影響。

　　目前熱電阻的引線主要有三種方式

　　1二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號(hào)的方式叫二線制：這種引線方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長(zhǎng)度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合

　　2三線制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的*常用的引線電阻。

　　(熱電阻采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測(cè)量誤差。)

　　3四線制：在熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U，再通過另兩根引線把U引至二次儀表。可見這種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測(cè)。

　　表面熱電阻*安裝與注意事項(xiàng)

　　(1)在管道上安裝時(shí)，熱電阻的感溫元件應(yīng)與被測(cè)介質(zhì)形成逆流， 至少應(yīng)與被測(cè)介質(zhì)流束方向成 90°角;同時(shí)，應(yīng)將感溫元件總長(zhǎng)的 1/2 放置在*高流速的位置，鉑電阻的護(hù)套管末端應(yīng)越過流束中心線 50~70mm。

　　(2)熱電阻的插入深度，一般不得小于套管外徑的 8~10 倍，一般不 應(yīng)小于 300mm。如果插入深度不夠，外露部分又空氣流通，這樣所測(cè) 出的溫度比實(shí)際溫度低 3~4 度。

　　(3)為避免液體、灰塵滲入電阻的接線盒內(nèi)，應(yīng)將其接線盒蓋朝上， 出線孔螺栓朝下，尤其是在有雨水濺灑的場(chǎng)所應(yīng)特別注意。

　　表面熱電阻*故障維修

　　熱電阻的常見故障是熱電阻的短路和斷路。一般斷路更常見，這是因?yàn)闊犭娮杞z較細(xì)所致。斷路和短路是很容易判斷的，可用萬用表的"×1Ω"檔，如測(cè)得的阻值小于R0，則可能有短路的地方;若萬用表指示為無窮大，則可斷定電阻體已斷路。

　　電阻體短路一般較易處理，只要不影響電阻絲的長(zhǎng)短和粗細(xì)，找到短路處進(jìn)行吹干，加強(qiáng)絕緣即可。

　　電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長(zhǎng)短而影響電阻值，為此更換新的電阻體為好，若采用焊接修理，焊后要校驗(yàn)合格后才能使用。

　　熱電阻常見故障及處理方法：

　　(1) 顯示儀表示值比實(shí)際值低或示值不穩(wěn)定 可能原因是保護(hù)管內(nèi)有水或接線盒有金屬屑、灰塵等。 處理方法：倒出水或消除灰塵，并將潮濕部分進(jìn)行干燥處理，提 高絕緣性能，但不能用火烤。

　　(2) 顯示值無窮大 熱電阻或引出線斷路及接線端子松開等 。 處理方法：更換電阻體，或焊接及檸緊接線螺絲等

　　(3) 阻值與溫度關(guān)系有變化

　　鉑電阻絲材料受腐蝕變質(zhì) 處理方法：更換熱電阻絲

　　(4) 儀表顯示值為零或有負(fù)值 顯示儀表與熱電阻接線有錯(cuò)，或熱電阻短路 處理方法：改正接線，或找出短路處，加強(qiáng)絕緣

　　(5) 熱電阻斷路 用萬用電表檢查斷路部位，確定是連接導(dǎo)線還是熱電阻斷路，如 連接導(dǎo)線斷路應(yīng)予修復(fù)或更換。

　　(6) 熱電阻短路 如熱電阻本身短路，應(yīng)予更換。用萬用表檢查，確定短路部位， 并修復(fù)或更換。 還有在安裝完畢后對(duì)潮濕環(huán)境中的熱電阻的蓋子要周期的打開， 并且要防止生銹，以免打不開無法維護(hù)。

　　鉑電阻的修理及應(yīng)注意的幾個(gè)問題 ：

　　(1)鉑絲很細(xì)(Φ0.03~0.07mm)，修理是要耐心、細(xì)心。修理時(shí)把 鉑絲從保護(hù)套管中輕輕抽出(當(dāng)鉑絲和陶罐內(nèi)壁相碰時(shí)不能硬拉出 來)。

　　(2)打開扎線后，先檢查云母片是否損壞，再查鉑絲引出與引出線 連接處是否良好，如鉑絲斷路，可用電壓 6~8V 的電弧焊焊好，如鉑 絲與銀引出線連接處斷開，可用電壓 10~14V 的電弧焊焊好。焊好后 予以檢查是否符合標(biāo)準(zhǔn)并剪去多余部分， 以免阻值變化造成測(cè)量準(zhǔn)確 性。

　　(3)電阻短路故障較少，容易處理，只要找出短路點(diǎn)，用耐熱絕緣 材料(云母片)加以襯墊絕緣，并用少許漆片膠固，即可修復(fù)。

　　(4) 如果要改變電阻體長(zhǎng)度，只準(zhǔn)改變引出線的長(zhǎng)度，不允許改變 電阻體部分長(zhǎng)度。

　　(5)經(jīng)修理恢復(fù)后的鉑電阻，要經(jīng)過檢定合格后才可再使用。

　　表面熱電阻*相關(guān)概念

　　溫度

　　是國際單位制(SI)七個(gè)基本物理量之一，溫度一般占全部過程參數(shù)的50%左右。因而，準(zhǔn)確測(cè)量和控制溫度，對(duì)于獲得正確的科研數(shù)據(jù)和保證產(chǎn)品質(zhì)量都十分重要。例如，在金屬冶煉過程中，若溫度得以準(zhǔn)確的測(cè)量和控制，則耗能可降低17%，生產(chǎn)率可提高18%，產(chǎn)量可增加15%。

　　溫標(biāo)

　　Ø 概念：用來量度物體溫度高低的標(biāo)尺，它是溫度的一種數(shù)值表示。

　　Ø 一個(gè)溫標(biāo)主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是給出溫度數(shù)值化的一套規(guī)則和方法，例如規(guī)定溫度的讀數(shù)起點(diǎn)(零點(diǎn));二是給出溫度的測(cè)量單位。

　　常用溫標(biāo)

　　q 經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，熱力學(xué)文標(biāo)，國際實(shí)用溫標(biāo)

　　1)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)：借助于某一種物質(zhì)的物理量與溫度變化的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式所確定的溫標(biāo)。如根據(jù)液體(水銀)受熱后體積膨脹的性質(zhì)確定溫標(biāo)。

　　v 華氏溫標(biāo)℉-----1714年，荷蘭人華倫海特把一定濃度的鹽水凝固時(shí)的溫度定為0度,在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)為32度，水的沸點(diǎn)為212度，中間劃分為180等分，每一等分為一華氏度。

　　v 攝氏溫標(biāo)℃：1742年，由瑞典攝爾休提出。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)定位零度，把水的沸點(diǎn)定位100度。

　　v ℉=(9/5) ℃+32。

　　2)熱力學(xué)溫標(biāo)(開爾文溫標(biāo)) K：19世紀(jì)中葉，英國人開爾文提出，又稱開爾文溫標(biāo)(符號(hào)K)，或**溫標(biāo)，它規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為**零度。

　　三溫標(biāo)關(guān)系：

　　Ø 水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下結(jié)冰的溫度，即攝氏溫標(biāo)0℃，或華氏溫標(biāo)32℉，相當(dāng)于熱力學(xué)溫標(biāo)273.16K。

　　Ø **零度0K，相當(dāng)于攝氏-273.16度。

　　目前國際上用得較多的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實(shí)用溫標(biāo)。

　　國際實(shí)用溫標(biāo)是一個(gè)國際協(xié)議性溫標(biāo)，它與熱力學(xué)溫標(biāo)相接近，而且復(fù)現(xiàn)精度高，使用方便。目前國際通用的溫標(biāo)是1975年第15屆國際權(quán)度大會(huì)通過的《1968年國際實(shí)用溫標(biāo)-1975年修訂版》，記為：IPTS-68(REV-75)。但由于IPTS-68溫度存在一定的不捉，國際計(jì)量委員會(huì)在18屆國際計(jì)量大會(huì)第七號(hào)決議授權(quán)予1989年會(huì)議通過1990年國際ITS-90，ITS-90溫標(biāo)替代IPS-68。我國自1994年1月1日起**實(shí)施ITS-90國際溫標(biāo)。

　　溫度測(cè)量方法和分類：