發布日期：2022-10-09 點擊率：129
淺論溫度傳感器的選用
上海自動化儀表股份有限公司 吳順林
測溫控制儀表系統中的溫度傳感器在各類需要溫控介質的測溫過程中起著非常重要 的角色和作用。它已廣泛的被應用于工業生產中的各個領域，如火電廠、核電廠、冶金、 石油、化工、軌道交通、造紙、塑料制品、食品加工、科研領域等，尤其是在火電廠、核 電廠、線纜行業的擠塑、擠橡、等相關設備的加熱系統中是不可缺少的重要部件之一。在 電廠的發電過程中、在產品的生產或試驗過程中，溫控儀表系統對設備加熱系統的溫度控 制，對工藝參數的正確執行，保證發電設備的正常高效運轉、保證產品的高效高質量的生 產，以及保證試驗結果的準確性，都具有非常重要的作用。涉及到溫度傳感器的選型是否 正確合理，將直接對被測介質溫度的準確性、測量介質溫度所達到精度的長期穩定性、使 用過程中的安全可靠性、被測介質溫度變化的反應靈敏度、使用壽命、安裝、溫度傳感器 使用方便與否、以及溫度傳感器的性價比等都有著重要的影響作用,本文就被測介質溫度 的工況條件如何選用溫度傳感器作一淺論。
在現有的測溫控制儀表系統中的溫度傳感器最常用的是熱電偶、熱電阻。因熱電偶、 熱電阻結構簡單，往往被誤認為：“熱電偶兩根線，熱電阻一根絲，只要接上就完事”，其 實并非如此。熱電偶、熱電阻的結構雖然簡單，但在選型和使用中仍然會出現許多問題， 例如：發電廠的主蒸汽管道上高溫高壓測溫熱電偶如選用不當，將會造成測溫不準確，影 響發電效率；在溫度傳感器的保護套管上選用不當，甚至會引起較大的安全事故。或者在 選型時，若對被測介質的物理、化學特性、工況條件不了解或掌握情況不多，就無法正確 選型。如在滲碳等還原性的介質氣氛中，如果不注意保護，熱電偶偶絲也會因化學變化而 電勢變異導致超差，使得熱電偶的測溫精度不準確。為了正確選型溫度傳感器，所以我們 應考慮以下幾個方面的問題。 一． 溫度傳感器的基本結構及其作用
溫度傳感器主要有三個部件：感溫元件部件、保護套管部件和接線盒部件。感溫元 件部份是測量溫度的關鍵性部件，其測溫精度、測溫范圍、穩定性、熱響應時間等是重要 的幾個參數指標，是在選型中主要考慮的問題。保護套管部件的主要作用，第一是為測溫 元件提供穩定的測溫環境，第二是保護測溫元件免遭惡劣工況介質的破壞，第三是保證測 溫元件各項測溫指標的正確性，第四是決定溫度儀表在設備上如何安裝。接線盒部件是測 溫電信號輸出
熱電阻的測溫原理及優缺點
熱電阻傳感器用于測量-200℃~+500℃范圍內的溫度.熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的.熱電阻大都由純金屬材料制成,目前應用最多的是鉑和銅,此外,現在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻.
熱電阻是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關的參數.在溫度檢測精度要求比較高的場合,這種傳感器比較適用.熱電阻傳感器具有電阻溫度系數大、線性好、性能穩定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點.一、熱電阻傳感器分類熱電阻傳感器按不同的分類方式可以分為多種.
按材料分為2種.
熱電阻傳感器可分為金屬熱電阻式和半導體熱電阻式兩大類,前者簡稱熱電阻,后者簡稱熱敏電阻.
按結構分為3種.
普通型熱電阻、鎧裝熱電阻、薄膜熱電阻.
按用途分.
工業用熱電阻、精密標準電阻.WZP熱電阻傳感器:該類傳感器為負溫度系數傳感器,即,傳感器阻值隨溫度的升高而減小;pt100熱電阻傳感器:該類傳感器為正溫度系數傳感器,即,傳感器阻值隨溫度的升高而增大.
以下是按照第一類來介紹熱電阻傳感器.
金屬熱電阻傳感器目前較為廣泛應用的熱電阻材料是鉑、銅、鎳、鐵和銠鐵合金等,而常用的是鉑、銅,他們的電阻溫度系數在范圍內.
作為測溫用的熱電阻材料,希望電阻溫度系數要大,以提高熱電阻的靈敏度;電阻率盡可能大,以便減小電阻體尺寸;熱容量要小,以便提高熱電阻的響應速度;在測量范圍內,應具有穩定的物理和化學性能;電阻與溫度的關系最好接近于線性;應有良好的可加工性,且價格便宜.在鉑、銅中,鉑的性能最好,采用特殊的結構可以制成標準溫度計,它的適用范圍為;銅熱電阻
銅熱電阻鉑金屬貴重,因此在一些測量精度要求不高且溫度較低的場合,普遍地采用銅熱電阻來測量-50~+150℃的溫度.
銅熱電阻有以下特點.
在上述使用的溫度范圍內,阻值與溫度的關系幾乎呈線性關系,即可近似
1.電阻溫度系數比鉑高,而電阻率則比鉑低.
2.容易提純,加工性能好,可拉成細絲,價格便宜.
3.易氧化,不宜在腐蝕性介質或高溫下工作.
銅電阻價廉并且線性較好,但溫度高易氧化,故只適用于溫度較低的環境中,目前已逐漸被鉑電阻所取代.鉑熱電阻鉑材料的優點為:
物理、化學性能極為穩定尤其是耐氧化能力很強,并且在很寬的溫度范圍內(1200℃以下)均可保持上述特性;易于提純,復制性好,有良好的工藝性,可以制成極細的鉑絲或極薄的鉑箔;電阻率較高.
缺點是:電阻溫度系數較小;在還原介質中工作時易被沾污變脆;價格較高.
二、熱電阻傳感器工作原理在金屬中,載流子為自由電子,當溫度升高時,雖然自由電子數目基本不變(當溫度變化范圍不是很大
時),但每個自由電子的動能將增加,因而在一定的電場作用下,要使這些雜亂無章的電子作定向運動就會遇到更大的阻力,導致金屬電阻值隨溫度的升高而增加.
熱電阻就要是利用電阻隨溫度升高而增大這一特性來測量溫度的.
熱電阻傳感器中的熱敏電阻是一種新型的半導體測溫元件.半導體中參加導電的是載流子,由于半導體中載流子的數目遠比金屬中的自由電子數目少得多,所以它的電阻率大.隨溫度的升高,半導體中更多的價電子受熱激發躍遷到較高能級而產生新的電子—空穴對,因而參加到電的載流子數目增加了,半導體的電阻率也就降低了(電導率增加).因為載流子數目隨溫度上升按指數規律增加,所以半導體的電阻率也就隨溫度上升按指數規律下降.
熱敏電阻正是利用半導體這種載流子數隨溫度變化而變化的特性制成的一種溫度敏感元件.當溫度變化1℃時,某些半導體熱敏電阻的阻值變化將達到(3~6)%.在一定條件下,根據測量熱敏電阻值的變化得到溫度的變化.熱電阻傳感器
安裝要求對熱電阻的安裝,應注意有利于測溫準確,安全可考及維修方便,而且不影響設備運行和生產操作.要滿足以上要求,三、在選擇對熱電阻的安裝部位和插入深度時要注意以下幾點:
1、為了使熱電阻的測量端與被測介質之間有充分的熱交換,應合理選擇測點位置,盡量避免在閥門,彎頭及管道和設備的死角附近裝設熱電阻.
2、帶有保護套管的熱電阻有傳熱和散熱損失,為了減少測量誤差,熱電偶和熱電阻應該有足夠的插入深度:
(1對于高溫高壓和高速流體的溫度測量(如主蒸汽溫度),為了減小保護套對流體的阻力和防止保護套在流體作用下發生斷裂,可采取保護管淺插方式或采用熱套式熱電阻.淺插式的熱電阻保護套管,其插入主蒸汽管道的深度應不小于75mm;熱套式熱電阻的標準插入深度為100mm;
2)對于測量管道中心流體溫度的熱電阻,一般都應將其測量端插入到管道中心處(垂直安裝或傾斜安裝).如被測流體的管道直徑是200毫米,那熱電阻插入深度應選擇100毫米;
(3假如需要測量是煙道內煙氣的溫度,盡管煙道直徑為4m,熱電阻插入深度1m即可.
4)當測量原件插入深度超過1m時,應盡可能垂直安裝,或加裝支撐架和保護套管.
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熱電阻的測溫原理及優缺點
熱電阻傳感器用于測量-200℃~+500℃范圍內的溫度.熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的.熱電阻大都由純金屬材料制成,目前應用多的是鉑和銅,此外,現在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻.
熱電阻是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關的參數.在溫度檢測精度要求比較高的場合,這種傳感器比較適用.熱電阻傳感器具有電阻溫度系數大、線性好、性能穩定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點.一、熱電阻傳感器分類熱電阻傳感器按不同的分類方式可以分為多種.
按材料分為2種.
熱電阻傳感器可分為金屬熱電阻式和半導體熱電阻式兩大類,前者簡稱熱電阻,后者簡稱熱敏電阻.
按結構分為3種.
普通型熱電阻、鎧裝熱電阻、薄膜熱電阻.
按用途分.
工業用熱電阻、精密標準電阻.WZP熱電阻傳感器:該類傳感器為負溫度系數傳感器,即,傳感器阻值隨溫度的升高而減小;pt100熱電阻傳感器:該類傳感器為正溫度系數傳感器,即,傳感器阻值隨溫度的升高而增大.
以下是按照類來介紹熱電阻傳感器.
金屬熱電阻傳感器目前較為廣泛應用的熱電阻材料是鉑、銅、鎳、鐵和銠鐵合金等,而常用的是鉑、銅,他們的電阻溫度系數在范圍內.
作為測溫用的熱電阻材料,希望電阻溫度系數要大,以提高熱電阻的靈敏度;電阻率盡可能大,以便減小電阻體尺寸;熱容量要小,以便提高熱電阻的響應速度;在測量范圍內,應具有穩定的物理和化學性能;電阻與溫度的關系接近于線性;應有良好的可加工性,且價格便宜.在鉑、銅中,鉑的性能,采用特殊的結構可以制成標準溫度計,它的適用范圍為;銅熱電阻
銅熱電阻鉑金屬貴重,因此在一些測量精度要求不高且溫度較低的場合,普遍地采用銅熱電阻來測量-50~+150℃的溫度.
銅熱電阻有以下特點.
在上述使用的溫度范圍內,阻值與溫度的關系幾乎呈線性關系,即可近似
1.電阻溫度系數比鉑高,而電阻率則比鉑低.
2.容易提純,加工性能好,可拉成細絲,價格便宜.
3.易氧化,不宜在腐蝕性介質或高溫下工作.
鉑（Pt）測溫電阻的電阻溫度系數分散性小，其精度高、線性好、靈敏度也比較高，穩定性和耐高壓性也較好，用它制作的溫差計性能優良，但考慮溫度重現性，僅適宜1000℃以內測溫用。
缺點：熱響應慢，耐振動和耐沖擊性差，成本同比較高，不適合測量高溫區；
鉑熱電阻溫度傳感器pt100優點：
1·壓簧式感溫元件，抗振性能好；
2·測溫精度高；
3·機械強度高，耐壓性能好；
4·進口薄膜電阻元件，性能可靠穩定。
可以聯系無錫浦光儀表（吳）
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