华巨电子为您介绍温度传感器原理与应用知识(中)


 2、热电偶温度传感器

    利用不同金属的热效应,产生电势差,其温度范围很宽,一般用来测量几百度的温度。

    热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是:

    ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。

    ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。

    ③构造简单,使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。

    (1)热电偶测温基本原理

    两种不同材质的导体,如在某点互相连接在一起,对这个连接点加热,在它们不加热的部位就会出现电位差。这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关,和这两种导体的材质有关。这种现象可以在很宽的温度范围内出现,如果精确测量这个电位差,再测出不加热部位的环境温度,就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体,所以称之为“热电偶”。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围,它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1℃时,输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言,这个数值大约在5~40mV/℃之间。

    热电偶传感器有自己的优点和缺陷,它灵敏度比较低,容易受到环境干扰信号的影响,也容易受到前置放大器温度漂移的影响,因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶的灵敏度与材料的粗细无关,用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性,这种细微的测温元件有极高的响应速度,可以测量快速变化的过程。

    (2)热电偶的种类

    常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准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、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶我国从1988年1月1日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。各种热电偶的测量范围和优缺点:

    S型热电偶:铂铑10-铂热电偶,温度范围0~1600℃,旧分度号LB-3。优点:耐热性、安定性、再现性良好及较优越的精确度;耐氧化、耐腐浊性良好;可以做为标准使用。缺点:热电动势值小;在还元性气体环境较脆弱(特别是氢、金属蒸气);补偿导线误差大;价格高昂。

    R型热电偶:铂铑13-铂热电偶,温度范围0~1600℃。优点:耐热性、安定性、再现性良好及较优越的精确度;耐氧化、耐腐浊性良好;可以做为标准使用。缺点:热电动势值小;在还元性气体环境较脆弱(特别是氢、金属蒸气);补偿导线误差大;价格高昂。

    B型热电偶:铂铑30-铂铑6热电偶,温度范围600~1800℃,旧分度号LL-2,自由端在0~50℃内可以不用补偿导线。优点:适用1000℃以上至1800℃;在常温环境下热电动势非常小,不需补偿导线;耐氧化、耐腐浊性良好;耐热性与机械强度较R型优良。缺点:在中低温域之热电动势极小,600℃以下测定温度不准确;热电动势值小;热电动势之直线性不佳;价格高昂。

    K型热电偶:镍铬-镍硅热电偶、镍铬-镍铝热电偶,温度范围-200~1300℃。优点:热电动势之直线性良好;1000℃以下耐氧化性良好;在金属热电偶中安定性属良好。缺点:不适用于还元性气体环境,特别是一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等气体;热电动势与贵金属热电偶相比较经时变化较大;受短范围排序之影响会产生误差。

    N型热电偶:镍铬硅--镍硅热电偶,温度范围-270~1300℃。优点:热电动势之直线性良好;1200℃以下耐氧化性良好;为K型之改良型,受GreenRot之影响较小,耐热温度较K型高。缺点:不适用于还元性气体环境;热电动势与贵金属热电偶相比较经时变化较大。

    E型热电偶:镍铬硅-康铜热电偶,温度范围-270~1000℃。优点:现有热电偶中感度最佳者;与J热电偶相比耐热性良好;两脚不具磁性;适于氧化性气体环境;价格低廉。缺点:不适用于还元性气体环境;稍具履历现象。

    J型热电偶:铁--康铜热电偶,温度范围-210~1200℃。优点:可使用于还元性气体环境;热电动势较K热电偶大20%;价格较便宜,适用于中温区域。缺点:(+)脚易生锈;再现性不佳。

    T型热电偶:铜-康铜热电偶,温度范围-270~400℃。优点:热电动势之直线性良好;低温之特性良好;再现性良好、高精度;可使用于还元性气体环境。缺点:使用温度限度低;(+)脚之铜易氧化;热传导误差大。

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