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江蘇三豐儀表科技有限公司

溫度傳感器(熱電偶,熱電阻)的種類(lèi)

時(shí)間:2012-3-27閱讀:3958
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溫度傳感器是檢測(cè)溫度的器件,其種類(lèi)zui多,應(yīng)用zui廣,發(fā)展zui快。*,日常使用的材料及電子元件大部分特性都隨溫度而變化,在此我們暫時(shí)介紹zui常用的熱電阻和熱電偶兩類(lèi)產(chǎn)品。

  1.熱電偶的工作原理

  當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體A和B組成一個(gè)回路,其兩端相互連接時(shí),只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同,一端溫度為T(mén),稱(chēng)為工作端或熱端,另一端溫度為T(mén)O,稱(chēng)為自由端(也稱(chēng)參考端)或冷端,則回路中就有電流產(chǎn)生,如圖2-1(a)所示,即回路中存在的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為熱電動(dòng)勢(shì)。這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱(chēng)為塞貝克效應(yīng)。與塞貝克有關(guān)的效應(yīng)有兩個(gè):其一,當(dāng)有電流流過(guò)兩個(gè)不同導(dǎo)體的連接處時(shí),此處便吸收或放出熱量(取決于電流的方向),稱(chēng)為珀?duì)柼?yīng);其二,當(dāng)有電流流過(guò)存在溫度梯度的導(dǎo)體時(shí),導(dǎo)體吸收或放出熱量(取決于電流相對(duì)于溫度梯度的方向),稱(chēng)為湯姆遜效應(yīng)。兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱(chēng)為熱電偶。熱電偶的熱電勢(shì)EAB(T,T0)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)合成的。接觸電勢(shì)是指兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體在接觸處產(chǎn)生的電勢(shì),此電勢(shì)與兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)及在接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)。溫差電勢(shì)是指同一導(dǎo)體或半導(dǎo)體在溫度不同的兩端產(chǎn)生的電勢(shì),此電勢(shì)只與導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān),而與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、截面大小、沿其長(zhǎng)度方向的溫度分布無(wú)關(guān)。無(wú)論接觸電勢(shì)或溫差電勢(shì)都是由于集中于接觸處端點(diǎn)的電子數(shù)不同而產(chǎn)生的電勢(shì),熱電偶測(cè)量的熱電勢(shì)是二者的合成。當(dāng)回路斷開(kāi)時(shí),在斷開(kāi)處a,b之間便有一電動(dòng)勢(shì)差△V,其極性和大小與回路中的熱電勢(shì)一致,如圖2-1(b)所示。并規(guī)定在冷端,當(dāng)電流由A流向B時(shí),稱(chēng)A為正極,B為負(fù)極。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)△V很小時(shí),△V與△T成正比關(guān)系。定義△V對(duì)△T的微分熱電勢(shì)為熱電勢(shì)率,又稱(chēng)塞貝克系數(shù)。塞貝克系數(shù)的符號(hào)和大小取決于組成熱電偶的兩種導(dǎo)體的熱電特性和結(jié)點(diǎn)的溫度差。

  2.熱電偶的種類(lèi)

  目前,電工委員會(huì)(IEC)推薦了8種類(lèi)型的熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶,即為T(mén)型、E型、J型、K型、N型、B型、R型和S型。

  熱電阻

  1.熱電阻材料的特性

  導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變,通過(guò)測(cè)量其阻值推算出被測(cè)物體的溫度,利用此原理構(gòu)成的傳感器就是電阻溫度傳感器,這種傳感器主要用于-200—500℃溫度范圍內(nèi)的溫度測(cè)量。

  純金屬是熱電阻的主要制造材料,熱電阻的材料應(yīng)具有以下特性:

①電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定,電阻值與溫度之間應(yīng)具有良好的線(xiàn)性關(guān)系。
②電阻率高,熱容量小,反應(yīng)速度快。
③材料的復(fù)現(xiàn)性和工藝性好,價(jià)格低。
④在測(cè)溫范圍內(nèi)化學(xué)物理特性穩(wěn)定。

  目前,在工業(yè)中應(yīng)用zui廣的鉑和銅,并已制作成標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫?zé)犭娮琛?/p>

  2.鉑電阻

  鉑電阻與溫度之間的關(guān)系接近于線(xiàn)性,在0~630.74℃范圍內(nèi)可用下式表示Rt=R0(1+At+Bt2)(2-1)在-190~0℃范圍內(nèi)為Rt=R0(1+At+Bt2十Ct3)(2-2)式中,RO、Rt為溫度0°及t°時(shí)鉑電阻的電阻值,t為任意溫度,A、B、C為溫度系數(shù),由實(shí)驗(yàn)確定,A=3.9684×10-3/℃,B=-5.847×10-7/℃2,C=-4.22×10-l2/℃3。由式(2-1)和式(2-2)看出,當(dāng)R0值不同時(shí),在同樣溫度下,其Rt值也不同。

  3.銅電阻

  在測(cè)溫精度要求不高,且測(cè)溫范圍比較小的情況下,可采用銅電阻做成熱電阻材料代替鉑電阻。在-50~150℃的溫度范圍內(nèi),銅電阻與溫度成線(xiàn)性關(guān)系,其電阻與溫度關(guān)系的表達(dá)式為Rt=R0(1+At)(2-3)式中,A=4.25×10-3~4.28×10-3℃為銅電阻的溫度系數(shù)

  

 

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