测试与检测技术基础(7热电阻)

温度计迎着气流 管道及套管外露部分保温，此情况下温度计示
值如 tr1 =386℃ ．
(2)采用玻璃水银温度计，垂直气流方向插入，温包处于管道中
心位置，外露部分短且套管的外露部分保温。温度计示值为
tr2=385℃ ．
(3)除温度计套管直径更大，管壁更厚外，其他条件同2，示值
tr3=384℃ ．
(4)与2基本相同外，只是插入深度较浅，示值为tr4 = 371℃ ．
机械零点调整至补偿盒的平衡点（0或20 oC）； 一支热电偶配用一台动圈仪表
冷端补偿器
.
3
2．直流电位差计
1) 手动电位差计
工作原理 电位比较， 随动平衡方式
测量时，“测量”回
路工作， 较
Et其与UAB比
若G=0，则 Et=UAB B点位置可代表Et的大小
手动电位差计的精确度
决定于：
I 的稳定性
RN，RAB的精确性 G的高灵敏性
特点：精度0.5，可指示、可. 记录
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三.热电阻校验与误差
1. 热电阻校验 二种方法 ：温度源 标准温度计 热电阻测量
比较法：在规定温度点进行比较式校验（或校准）。 设备： 恒温源（冰点槽、恒温水槽、恒温油槽和恒温 盐槽等）、直流电桥或直流电位差计等 步骤 （按校验规程进行）
二点法： 校验其R0和R100／R0两个参数。 设备：冰点槽和水沸点槽、直流电桥或直流电位差计等
2）不平衡电桥
3）表头
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不平衡电桥（二线制）
例 ： 用 Cu50 铜 电 阻 测 温 ， 在 规 定 条 件 下 铜 导 线 电 阻 r=5W ， 示 值
400C。若环境温度变化100C，采. 用两线制产生的误差约20C14
不平衡电桥（三线制）
.
15
2. 自动电子平衡电桥 平衡电桥工作原理
3. 中间温度定律 EAB（t，t0）＝EAB（t，tn）＋EAB（tn，t0） 应用：查分度表时应用（t0=0 oC的情况） 4. 连接导体定律 应用：与中间温度定律一起构成热. 电偶回路中利用补偿导线的依2 据。
RD随环境温度变化，应补偿。电阻RB和RT起温度补偿作用。 Rs=200-1000W；RD=60W; Rp=600W 热电偶与动圈仪表（XCZ-101）组成测量系统 注意：与补偿盒相匹配（分度号与极性）；
不同性质材料才能组成热电偶
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百度文库
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A
T
B
测点（t） －200℃～ 2000℃
热电偶
A‘
Cu
B‘
现场（tn） －30℃～80℃ 补偿导线接头 （变送器）
Cu
现场柜或测控室 10℃～50℃
冷端补偿器 变送器
测量仪表 20℃～40℃ 毫伏或4～20mA
1. 均质材料定律 2. 中间导体定律 应用：回路中可接入测量热电势的仪表，接点可以焊接。
态；计算机组效率需总温。
静温测量：需使测温传感器随同流体以相同速度运动，
相对速度为零。实际不可能，只能使传感器静止于高速气 流中，必有相对速度，传感器测得的不是静温。
总温测量：理想情况下（动能全部转换为热能），可 认为 T*=Tr（有效温度－传感器. 指示值），总温可测。27
(5)采用铂电阻温度计，垂直流方向插入管道中心，外露部分较
长且管道及外露部分均未保温。温度计示值为 tr5 =341℃ 。其误
差达－45℃.
.
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高温气体温度测量 辐射误差分析
特点：辐射换热相对于对流、导热换热所占比例增大， 辐射误差为主导。
过热器后高温烟气温度测量误差分析
简化假设：
① 忽略导热误差；
二 、热电阻测量
基本方法：
工业上 ①不平衡电桥（Rx固定），②自动平衡电桥 实验室中 ① 平衡电桥（调整Rx）， ② 电位差计 1. 动圈式温度指示仪（XCZ-102）
原理 利用不平衡电桥，将热电阻
随温度变化 →电桥输出→ 指针变化。
XCZ-102由三部分组成：
1）稳压电源：二级稳压，温度补偿、
高稳定度、高精度，+4V
当 d→0, T→Tg 故可利用实验曲线外推出测高温气
体的温度．
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26
三.高速气流温度测量 速度误差分析
1. 气流总温与静温
静温是气体分子无规热运动平均动能的反映，记为T0 动温是气体分子有规定向运动动能的反映，记为 T v
总温
2
v2 C
p
T*T0TvT02v C 2pT0(12 1M 2)
总温、静温测量都很重要。静温反映气体热力学状
.
11
3、半导体热敏电阻
电阻~温度关系：
RT
RT0
11 expB([ )]
T T0
B与材料有关，其值约为1500~5000K
特点：
负温系数，灵敏度高（-3~-6%，一般热电阻 为0.4~0.6%）
测温范围 -100~300 ℃
电阻率大、体积小，动特性好
性能不稳定、精度低、非线性、互换性差。
.
12
2. 热电阻的自热
对标准热电阻 I<6mA
对微小热电阻 I<1mA或必须更小。
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17
1、 热电阻静态校验和测量稳态温度实验
温度源 标准温度计 热电阻测量仪表
RN
.
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2. 热电阻测温系统误差分析
热偶测温系统的基本误差源
1. 分度误差D1： 2. 自热误差D2：电流流过热电阻回路，电阻体产生温
升而引起温度测量的附加误差。与电流大小和传热 介质有关。
复习
第二章 热工参数测量技术
§2-1 温度测量
1990国际温标(ITS-90)→温度国家基准→基准 温度计→一等标准温度计→二等标准温度计→实 验室、工业等温度计
§2-1-1 热电偶测温 原理：E接触 ＋ E温差（与温度梯度无关） → 热电势 热电偶回路性质
热电势只与材料性质和两接点温度有关(均质）
A ↓ 在强度允许条件下采用薄壁或小直径的套管。
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21
例：教材p100，图4－38。正确 安装、选材，误差可减12%
如图所示为压力为3MPa，流速
30m/s，温度 tf=386℃的蒸汽流过管道，采用五种不同 的安装方法进行测温，各温度计的示值如下。
(1)采用铂电阻温度计，安装在管道拐弯处，有足够插入深度，
② 传感器对冷壁面的辐射视为“小物体完全被大物 体包围”典型情况的辐射；
③ 忽略气体对传感器的辐射。
1、辐射误差
稳态情况下，辐射误差可表示：
D T 辐 T rT g (T s4T r4) .
23
当 tg ≈ 750℃ , ts ≈ 400℃, ≈ 30 W/(m2k), ε ≈ 0.8 辐射误差约近-250℃，可见辐射误差严重。 2、减小辐射误差的方法
途径：① |Ts4－Tr4| →Ts ↑ ， ② ↑ ， ③ ε↓ 方法:
1) 加遮热罩：
相当于提高了Ts。遮热罩 高温烟气换热，使其温度T/s>Ts， 温度传感器对温度高的遮热罩辐
射散热，减少了测温误差。 一般加装2—3层遮热罩。上
例误差可降至-10~-20℃。
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24
2） 抽气式热电偶
原理：使压缩空气通过喷嘴，造成负压， 将高温气体高速抽走，热偶热端处于该流速下， 提高了，减少了辐射误差。
满足条件： 4＞d1/d2＞2， T14>>Ts4 ， T24>>Ts4 m：高温烟气 m ≈ 0.37~0.41间；空气或淡烟气m ≈ 0.5。
4) 零直径外推法：
的热原电理偶：插多入支被材测料气同流、中丝，径得d诸i（热d偶1 <测d量2<值, …Ti,，<dn）不同
(T1>T2>,…,Tn)，画出di ~ Ti曲线。
抽气式热电偶，加装2—3层遮热罩，可使上 例误差降至-50C。
能耗大，用于工业试验。
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25
3) 双热电偶： 原理：两支材料相同、丝径不同、裸露的热电偶同
时插入被测气流中，若热电偶直径 dl 、d2，示值为TI、 T2 ，可按下式计算气体温度（主要依据=Kd m-1）
TgT 11(d1/d T 2 2) m T 1 1 (T2/T 1)4
确定工作电流（I）→确定RAB大小 →确定热电势
与动圈仪表最大区别：. 热电偶回路没有电流 4
2）自动电子电位差计
与手动电位差计的主要区别：
用电子放大器代替检流计 用可逆电机代替手动操作
结合以下问题，自学教材（重点测量回路）：测量桥路中各电 阻（R6 起始、R5 量程、Rp 滑线测量、RL 冷端补偿）的作用, RL如 何实现冷端补偿？
R3=R4 调整Rx, 使 G = 0 则有
Rx + Re = Rt + Re Rx = Rt 故:可由 Rx → Rt 精度高，与手动电位差计类同。
l. 自动平衡电桥 以放大器代替检流计，可逆
电机代替手操，实现自动平衡。
与电子电位差计在外形、放
大器、记录等方面相同。测量
桥路、供电回路不同（为交流）
度值的1/2计
特点：精度高，稳定性、复现性好，测温 范围较大，但不适于还原性气氛。
型号
瓷片尺寸（mm） 测量电流 测量范围
CRZ1632
3.2×1.6×1.0 ≤1mA -50～400℃
CRZ-
5.0×2.0×1.0 ≤2mA . -50～500℃
10
2005
2、铜热电阻
铜电阻~温度关系：
Rt=R0（1+At+Bt2+Ct3） （－50℃≤t≤15 0℃）
思考：输入信号短路
时（Et=0）, 自动电 子电位差计的示值
是什么？
输入回路短路， 即输入电阻 R ＝0 ， I→∞（如果E≠0）， 因此Et＝0.
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5
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6
六. 热电偶校验
必要性：
1、长期使用，热电特性变化，精度下降，须 校验
2、建立热电势—温度关系（对非标准热电偶， 或对精度要求高），须分度（校准）
EKt,30EE3,020 EK75,08EK2,00
5. 用分度号为S的热电偶及电子电位差计测温，但未用补偿导线〔 见图2_2〕。将仪表输入端短路时，仪表示值为28℃，此时测得热 电偶冷端温度为42℃。试问仪表示值为 885℃时，示值误差是多少 ？
ESt,42 ES88,05ES2,80
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§2-1-2 热电阻测温
特点：精度高、稳定性好，灵敏度高，测平均温 度；体积大，动态特性差（指标准热电阻）。
一、常用的热电阻元件
1． 铂热电阻
铂电阻~温度关系：
Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3(t－100)] (-200℃≤t≤ 0℃）
Rt=R0[1+At+Bt2]
（0℃≤t≤500℃）
A=3.9684×10-3 B=－5.847×10-7 C=－4.22×10-12
进行： 1)温度计的安装方式
Dt导tr tf
twtf ch(m)l
ml
l
C A
保|温tw－。tf| ↓，办法：管道和套管外露部分一起进行
l ↑增大插入深度、减小外露，利用弯头或斜插。
↑迎着气流方向插入，感头部置于管道中心线。
2) 温度传感器材料和结构
↓ 用低导热系数的材料作套管。但导热系数过 低会增加测温动态误差。
方法：温度源 标准温度计 热电势测量仪表
校验与分度方法同，在规定温度点进行比较式 校验（或校准）。
设备： 调压器、管式电炉、冰点槽、切换开 关、直流电位差计和标准热电偶等。
步骤 （按校验规程进行，基本步骤见教材
p76）
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7
作业问题（习题 二、）
4. 有一测温线路如图2_1所示，热电偶的分度号为K，仪表示值为 758℃，冷端温度为30℃，后发现用了不同分度号的补偿盒（ EE(30, 20℃)＝0.609mV），试求被测介质的实际温度。
3. 线路电阻变化带来的误差D3： 4. 显示仪表的基本误差D4
以上可按随机误差之极限误差合成
传热误差、速度误差、动态响应误差，可按系统误 差合成。
§2-1-3 、其他接触式测温仪表
玻璃温度计 双金属温. 度计 压力式温度计 19
§2-1-4 接触式测温技术与误差分析
一、管道中流体温度测量 导热误差分析
A=4.28899×10-3 B= -2.133×10-7 C=-1.23×10-9
分度表与分度号：
工业铜电阻主要有二种，其分度号分别为
Cu50 （R0=50Ω） Cu100 （R0=100Ω） 特点：信号大、线性好，测温范围－50 ~150 ℃， 体积大，动特性差；
高温下易氧化，多用于100℃以下。
铂丝纯度决定温度计精度，常用R100／R0表示。纯 度高，稳定性好、精度高。
标准铂电阻： R100／R0不小于1.3925
工业用： R100/R0为1. .391。
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分度表与分度号 工业铂电阻主要有三种，其分度 号分别为
Pt50 （R0=50Ω） Pt100 （R0=100Ω） Pt300 （R0=300Ω） 附表4－3列出Pt100的分度表。Pt50可按 Pt100分
肋片导热问题 Ch－双曲函数
管道内流体温度测量问题的简化模型
简化假设：① tf 较低，不考虑辐射影响； ② 流速低，不考虑速度误差。
Dt导tr tf
twtf ch(m)l
式中：tr、tf、tw分别是 温度传感器、流体、管壁
温度
m C
A
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减小导热误差的措施
欲减小导热误差，提高测量精度，可从两方面