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温度传感器的应用原理

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供稿:中国工控网 2016/5/13 15:02:14

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  • 关键词: 温度传感器
  • 摘要:本文介绍了温度传感器的应用原理,包括温度传感器的分类、温度传感器热电偶和温度传感器热电阻的原理、结构、区别等,可供参考。

  一、温度传感器的分类:

  1、温度传感器热电偶

  2、温度传感器热电阻


  二、温度传感器热电偶

  1、温度传感器热电偶的应用原理及特点

  将两种不同的导体或半导体A、B焊接起来,组成一个闭合回路。当A、B的两个执着点1、2之间存在温差时,两者之间便产生了电动势,因而在回路中形成了一个大、小电流,这种现象称之为热电效应。热电偶就是依据这一效应来工作的。

  温度传感器热电偶是工业最常用的温度检测元件之一,它的主要特点是:

  l)测量精度高(因为热电偶与被测介质直接接触,不受其他介质的影响)

  2)测量范围广

  3)结构简单,使用方便(热电偶传感器通常是由两种不同的金属材料组成,而且不受大小及开头的限制,外界有保护管,使用非常方便)

  2、温度传感器热电偶的种类及结构

  1)热电偶的种类

  常用温度传感器热电偶可分为标准温度传感器热电偶和非标准温度传感器热电偶

  标准温度传感器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,并有统一标准分度表的温度传感器热电偶,它有与其配套的显示仪表可以选用。

  非标准温度传感器热电偶,在使用范围或数量级上均不及标准温度传感器热电偶。一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合

  2)结构形式

  为了保证温度传感器热电偶能可靠、稳定的工作,对它的结构我们做了以下要求:

  a)组成温度传感器热电偶的两个热电极必须焊接牢固;

  b)两个电极之间之间必须很好的绝缘,以防短路;

  c)补偿导线与热电偶的自由端连接要方便可靠;

  d)保护套管应能保证热电极与有害物质绝对隔离。

  3)热电偶的冷端补偿

  由于热电偶的材料一般比较贵,而测量点到仪表间的距离又比较远为了节省材料、降低成本,通常我们采用补偿导线把热电偶冷端延伸到温度比较稳定的控制室,再连接到仪表端子上。特别指出补偿导线的特性与热电偶的特性相近,补偿导线的作用只起延伸热电极,使温度传感器热电偶的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量的影响,不起补偿作用。因此,还需要采用其他的修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。在使用温度传感器热电偶连接端的温度不能超过100℃。


  三、温度传感器热电阻

  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。其中铂热电阻测量精度最高,而且被制成标准的基准仪。

  1、温度传感器热电阻的应用原理及材料:

  热电阻是基于金属导体的电阻值随温度的变化而变化这一特性来进行测量的。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜。下面介绍一下铠装温度传感器热电阻

  铠装温度传感器热电阻是由感温元件、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体。与普通型的温度传感器热电阻相比,其具备以下优点:

  a)体积小,内部无空气隙,测量滞后小;

  b)机械性能好、耐振、抗冲击;

  c)能弯曲,便于安装;

  d)使用寿命长。

  2、温度传感器热电阻热电阻的结构:

  由热电阻的测温原理可知,被测温度的变化是直接通过温度传感器热电阻阻值的变化来测量的。因此,温度传感器热电阻的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为了消除引线电阻的影响一般采用三线制或四线制。

  3、温度传感器热电阻测温系统的组成:

  温度传感器热电阻测温系统一般由温度传感器热电阻、连接导线和显示仪表等组成,必须注意以下两点:温度传感器热电阻和显示仪表的分度号必须一致。为了消除连接导线电阻的变化的影响,必须采用三线制接法。


  四、温度传感器热电偶是与热电阻区别

  热电偶是一种测温度传感器,与热电阻一样都是温度传感器,但是他和热电阻的区别主要在于:

  1、信号的性质:热电阻本身是电阻,热电阻温度计是根据金属丝的电阻随温度变化的原理工作的;而热电偶:是将两种不同材料的导线或半导体焊接起来,构成一个闭合回路,当导线的两个接点之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一定大小的电流,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、两种传感器检测的温度范围:热阻一般检测0-150度温度范围,最高测量范围可达600度左右,而热电偶可检测0-1000度的温度范围(甚至更高)。

  3、材料造价:热电阻是一种金属材料,具有温度敏感变化的金属材料,热电阻是电阻信号,其输出的是电阻值(Ω),无正负极。常用的有Pt100、Cu50。。而热耦是双金属材料,既两种不同的金属材料,由于温度的变化,在两个不同金属丝的两端产生电势差。可分为K、S、E、R、T、N型等分度号,可分别使用在不同的测量介质、测温范围。热电偶是电压信号,输出的是毫伏值(mV),有正负极。有比电阻贵的,也有比电阻便宜的,但是算上补偿导线,综合造价热电偶就高了。

  4、与PLC的关系:PLC对应的热电阻和热电偶的输入模块也是不一样的,这句话是没问题,但一般PLC都直接接入4~20ma信号,而热电阻和热电偶一般都带有变送器才接入PLC。要是接入DCS的话就不必用变送器了。热电阻是RTD信号,热电偶是TC信号!(PLC也有热电阻模块和热电偶模块,可直接输入电阻和电偶信号。)

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