熱電偶和熱電阻的基本原理和分類

1、熱電偶

熱電偶是工業(yè)上常用的溫度檢測(cè)元件之一。它的優(yōu)點(diǎn)是:

①測(cè)量精度高。由于熱電偶直接接觸被測(cè)物體，因此不受中間介質(zhì)的影響。

②測(cè)量范圍寬。普通熱電偶可連續(xù)測(cè)量- 50~+1600℃。一些特殊的熱電偶可以測(cè)量- 269℃(如金、鐵、鎳和鉻)到+2800℃(如鎢錸)。

③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常由兩種不同類型的金屬線組成，不受尺寸和頭部的限制。它們配有保護(hù)套，使用非常方便。

1. 熱電偶測(cè)溫基本原理

如圖2-1-1所示，將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B焊接在一起形成閉環(huán)。當(dāng)導(dǎo)體a和導(dǎo)體B的兩個(gè)附著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，它們之間會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，從而

電路中形成大電流，稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這種效應(yīng)工作的。

2. 熱電偶的類型和結(jié)構(gòu)形成

(1)熱電偶類型

常見的熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。所采用的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指熱電偶的熱勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)表在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定，并有配套顯示儀表可供選擇的熱電偶。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍和數(shù)量級(jí)上都不如標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分級(jí)表，主要用于一些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。自1988年1月1日起，我國(guó)按照IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)熱電偶和熱電阻，其中S、B、E、K、R、J、T 7個(gè)熱電偶被指定為全國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的熱電偶。

(2)為保證熱電偶可靠穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)熱電偶的結(jié)構(gòu)要求如下:

①構(gòu)成熱電偶的兩個(gè)熱電電極的焊接需要牢固;

②兩個(gè)熱電極應(yīng)絕緣良好，防止短路;

③補(bǔ)償線與熱電偶自由端連接應(yīng)方便可靠;

④保護(hù)套應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)完全隔離。

3.熱電偶冷端溫度補(bǔ)償

由于熱電偶的材料一般比較昂貴(特別是使用貴重金屬時(shí))，而且測(cè)溫點(diǎn)與儀器距離較遠(yuǎn)，為了節(jié)約熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償線將熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度相對(duì)穩(wěn)定的控制室，連接到儀器端子上。需要指出的是，熱電偶補(bǔ)償線只是用來(lái)延伸熱電電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀器端。它不能消除冷端溫度變化對(duì)溫度測(cè)量的影響，不能起到補(bǔ)償作用。因此，應(yīng)采用其他校正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃對(duì)溫度測(cè)量的影響。

使用熱電偶補(bǔ)償線時(shí)，型號(hào)需要匹配，極性不得錯(cuò)誤，補(bǔ)償線與熱電偶連接端溫度不得超過100℃。

2、熱阻

熱阻是中低溫地區(qū)常用的溫度探測(cè)器。其主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。鉑熱電阻具有教高的測(cè)量精度。它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)溫度測(cè)量，而且成為標(biāo)準(zhǔn)的參考儀器。

1. 熱阻測(cè)溫原理及材料

熱阻測(cè)溫是利用金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度升高而邊大的特性。

熱阻多由純金屬材料制成。目前zui的應(yīng)用主要是鉑和銅。此外，熱阻由電、鎳、錳、銠等材料制成。

2. 熱阻結(jié)構(gòu)

(1)熟練熱阻行業(yè)常用的熱阻感溫元件(電阻體)結(jié)構(gòu)及特性如表2-1-11所示。從熱阻測(cè)溫原理可以看出，被測(cè)溫度的變化是由熱阻值的變化直接測(cè)出來(lái)的。因此，熱阻的出線等各種導(dǎo)線的電阻變化都會(huì)影響溫度測(cè)量。為消除引線電阻的影響，應(yīng)采用三線制或四線制。

(2)鎧裝熱阻鎧裝熱阻是由感溫元件(電阻體)、鉛、絕緣材料和不銹鋼外殼組成的實(shí)心體，如圖2-1-7所示。其外徑一般為φ 2~ φ 8mm，小的可達(dá)φ mm。與普通熱阻相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn):①體積小，內(nèi)部無(wú)氣隙，熱慣性測(cè)量滯后小;②機(jī)械性能好，耐振動(dòng)、耐沖擊;③可彎曲，安裝方便;④使用壽命長(zhǎng)。

(3)端面熱阻端面熱阻感溫元件繞有經(jīng)過特殊處理的電阻絲，靠近溫度計(jì)的端面。結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示。與一般軸向熱阻相比，能更準(zhǔn)確、快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于軸承墊片等機(jī)械零件端面溫度的測(cè)量。

(4)隔爆型熱阻隔爆型熱阻采用特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，限制其外殼內(nèi)的爆炸性混合氣體因接線盒內(nèi)火花或電弧的沖擊而發(fā)生爆炸，使生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)發(fā)生爆炸。隔爆型熱阻可用于Bla~B3c級(jí)有爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的溫度測(cè)量。

3.熱阻測(cè)溫系統(tǒng)組成

熱阻測(cè)溫系統(tǒng)一般由熱阻、接線和顯示儀表組成。

需要注意以下兩點(diǎn):

①熱阻與顯示儀表的刻度號(hào)需要一致

②為消除連接線電阻變化的影響，徐亞采用三線連接法。

(1)鎧裝熱阻鎧裝熱阻是由感溫元件(電阻體)、鉛、絕緣材料和不銹鋼外殼組成的實(shí)心體，如圖2-1-7所示。其外徑一般為φ 2~ φ 8mm，小的可達(dá)φ mm。

與普通熱阻相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn):①體積小，內(nèi)部無(wú)氣隙，熱慣性測(cè)量滯后小;②機(jī)械性能好，耐振動(dòng)、耐沖擊;③可彎曲，安裝方便;④使用壽命長(zhǎng)。

(2)端面熱阻端面熱阻感溫元件繞有經(jīng)過特殊處理的電阻絲，靠近溫度計(jì)的端面。結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示。與一般軸向熱阻相比，能更準(zhǔn)確、快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于軸承墊片等機(jī)械零件端面溫度的測(cè)量。

(3)隔爆型熱阻器隔爆型熱阻器通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，使其外殼內(nèi)的爆炸性混合氣體暴露于火花或電弧下

電阻體的開路修復(fù)需要改變電阻絲的長(zhǎng)度，影響電阻值。因此，推薦更換新的電阻體。若采用焊接修補(bǔ)，須經(jīng)焊接合格后方可使用。