任務(wù)二 管道溫度檢測

1、任務(wù)提出任務(wù)二任務(wù)二 管道溫度檢測管道溫度檢測 在工業(yè)生產(chǎn)中，各種反應(yīng)釜、液體或氣體管道都要進(jìn)行溫度的檢測和控制，它們的溫度范圍一般在0+500之間，可選擇熱電阻溫度熱電阻溫度傳感器傳感器。相關(guān)知識 一只 100W/220V 燈泡，用萬用表測量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484 。 溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過金屬導(dǎo)體時(shí)的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加。 熱電阻：利用熱電阻：利用金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度升高而增大的電阻值隨溫度升高而增大的特性來測量溫度的。的特性來測量溫度的。 熱電阻優(yōu)點(diǎn)：靈敏

2、度高、穩(wěn)定性高、互換性好、準(zhǔn)熱電阻優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、穩(wěn)定性高、互換性好、準(zhǔn)確度高。確度高。 熱電阻缺點(diǎn)：使用時(shí)需要外加電源，測量溫度主要熱電阻缺點(diǎn)：使用時(shí)需要外加電源，測量溫度主要集中在中、低溫度（集中在中、低溫度（-200 650 ）范圍。）范圍。 與熱電偶相比，在相同的溫度下，熱電阻的輸出信與熱電偶相比，在相同的溫度下，熱電阻的輸出信號較大，易于測量。另外，熱電阻的變化一般要經(jīng)過電號較大，易于測量。另外，熱電阻的變化一般要經(jīng)過電橋轉(zhuǎn)換成電壓輸出。橋轉(zhuǎn)換成電壓輸出。一、熱電阻的外形、結(jié)構(gòu)及性能（一）熱電阻的外形（一）熱電阻的外形薄膜型及普通型鉑熱電阻小型鉑熱電阻防爆型鉑熱電阻銅熱電阻（如汽車中

3、的水溫表）（二）熱電阻的結(jié)構(gòu)形式（二）熱電阻的結(jié)構(gòu)形式n熱電阻一般由測溫元件（電阻體或電阻絲）、保護(hù)管和接線盒三部分組成 鉑熱電阻結(jié)構(gòu)圖1-金屬保護(hù)套管；2-熱電阻元件；3-絕緣材料；4-引線（三）熱電阻的主要技術(shù)性能（三）熱電阻的主要技術(shù)性能n熱電阻材料的性能要求1）電阻值的變化與溫度的變化線性要好；2）電阻溫度系數(shù)要大且保持常數(shù)。 越大，靈敏度越高，純金屬的 比合金要高，所以一般采用純金屬作為熱電阻；3）電阻率要大。 越大，在相同靈敏度下，熱電阻體積越小，熱慣量越小，反應(yīng)速度越快；4）在測溫范圍內(nèi)，材料物理、化學(xué)性能穩(wěn)定；5）材料價(jià)格便宜，容易加工。n常用熱電阻的主要性能熱電阻主要材料是鉑

4、、銅、鎳、錳等，最常用的是鉑、銅。常用熱電阻主要性能材料鉑銅使用溫度范圍（）20096050150電阻率（m10-6）0.09810.1060.0170100間電阻溫度系數(shù)（平均值）（1/）0.003850.00428特性線性良好，電阻率較高，容易加工，復(fù)制性好，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，但溫度系數(shù)較小，價(jià)格貴。在測溫范圍內(nèi)線性較好，溫度系數(shù)高，容易提純，價(jià)格便宜，但電阻率小，體積大，容易氧化。應(yīng)用作為標(biāo)準(zhǔn)測溫裝置適用低溫，無水分，無腐蝕性介質(zhì)的測溫。二、熱電阻的測溫原理 利用金屬材料的電阻值隨溫度升高而增大的特性來測利用金屬材料的電阻值隨溫度升高而增大的特性來測量溫度的。量溫度的。鉑熱電阻的電阻值

5、-溫度關(guān)系：- 對于-2000的溫度范圍： Rt=R0 1+At+Bt2+C (t-100) t3-對于0850的溫度范圍： Rt=R0 (1+At+Bt2)A = 3.908 02 x 10-3 -1B = -5.802 x 10-7 -2C = -4.273 50 x 10-12 -4R0為0時(shí)的電阻值， Rt為t時(shí)的電阻值。Pt100溫度() 阻值()溫度()阻值()溫度() 阻值()溫度()阻值()-20018.49-19022.80-18027.08-17031.32-16035.53-15039.71-14043.87-13048.00-12052.11-11056.19-1006

6、0.25-9064.30-8068.33-7072.33-6076.33-5080.31-4084.27-3088.22-2092.16-1096.090100.0010103.9020107.7930111.6740115.5450119.4060123.2470127.0780130.8990134.70100138.50110142.29 對于大多數(shù)鉑熱電阻，0對應(yīng)的公稱電阻值為100或10，對應(yīng)的分度號為Pt100或Pt10。Pt100與溫度的對應(yīng)關(guān)系Pt100溫度() 阻值()溫度()阻值()溫度() 阻值()溫度()阻值()120146.06130149.82140153.5815

7、0157.31160161.04170164.76180168.46190172.16200175.84210179.51220183.17230186.32240190.45250194.07260197.69270201.29280204.88290208.45300212.02310215.57320219.12330222.65340226.17350229.67360233.17370236.65380240.13390243.59400247.04410250.48420253.90430257.32440260.72450264.11460267.49470270.3648027

8、4.22490277.56500280.90510284.22520287.53530290.83540294.11550297.39560300.65570303.91580307.15590310.38600313.59 銅熱電阻的電阻值-溫度關(guān)系： Rt=R0 1+At+Bt2+C t3 -50 t150A = 4.28899x 10-3 -1B = -2.133 x 10-7 -2C = 1.2333x 10-9 -3R0為0時(shí)的電阻值， Rt為t時(shí)的電阻值。 對于大多數(shù)銅熱電阻，0對應(yīng)的公稱電阻值為50或100，對應(yīng)的分度號為Cu50或Cu100 。銅熱電阻阻值與溫度的對應(yīng)關(guān)系Cu5

9、0Cu100溫度() 阻值()溫度()阻值()溫度() 阻值()溫度()阻值()-5039.24-4041.40-5078.49-4082.80-3043.55-2045.50-3087.10-2091.40-1047.85050.00-1095.700100.001052.142054.2810104.2820108.563056.424058.5630112.8440117.125060.706062.4850121.4060125.687064.988067.1270129.9680134.249069.2610071.4090138.52100142.8011073.5412075.6

10、8110147.08120151.3613077.8314079.98130155.96140159.9615082.13150164.27 測溫時(shí)，先將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，阻值變化很小，因此要通過后續(xù)的測量電橋再轉(zhuǎn)換成電壓信號送至顯示儀表指示或記錄被測溫度。任務(wù)實(shí)施測溫范圍0500 一、合理選擇熱電阻傳感器的類型性能穩(wěn)定線性度好價(jià)格便宜鉑熱電阻二、正確使用熱電阻傳感器（一）熱電阻分度表（附錄（一）熱電阻分度表（附錄2）金屬熱電阻的阻值與溫度的變化是一種非線性關(guān)系。測溫時(shí)，根據(jù)電阻值，查分度表殼得到溫度值。鉑熱電阻的電阻值-溫度關(guān)系：- 對于-2000的溫度范圍： Rt=R0 1+A

11、t+Bt2+C (t-100) t3-對于0850的溫度范圍： Rt=R0 (1+At+Bt2)銅熱電阻的電阻值-溫度關(guān)系： Rt=R0 1+At+Bt2+C t3 -50 t150（二）電橋測量電路（二）電橋測量電路 熱電阻是將溫度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮柚档淖兓娮柚档淖兓秶苄?，一般采用電橋電路來測量微弱的阻值變化。（三）熱電阻的接線方式（三）熱電阻的接線方式 熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，感受被測介質(zhì)的溫度變化。 測量電阻的電橋作為信號處理器或限制儀表的輸入單元，隨儀表安裝在控制室。 兩者距離較遠(yuǎn)，通過引線把兩者連接起來 當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，引線電阻也發(fā)生變化，對測量結(jié)果影響較大。 需采用不同的接

12、線形式。1、兩線制 在熱電阻的兩端各引出一根連線。 引線的等效電阻RW也成為橋臂的一部分。wtoRRRERRRERU 當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，RW發(fā)生變化，熱電阻Rt變化很小，RW阻值變化給測量帶來較大的誤差。例如Pt100熱電阻，溫度變化1，阻值變化0.38，變化較小。2、三線制 熱電阻的一端引出兩根連線，另一端引出一根連線。 兩根引線的電阻值被分配到在兩個(gè)相鄰的橋臂中，環(huán)境溫度變化引起的引線阻值變化造成的誤差將相互抵消。 三線制不受環(huán)境溫度變化的影響，在工業(yè)檢測中廣泛應(yīng)用。3、四線制 熱電阻的兩端各引出兩根連線。引線電阻分別為r1、r2、r3、r4。I為恒流源，V位電壓表。 r1和r4引起的

13、電壓降，不在電壓表的測量范圍內(nèi)；電壓表輸入阻抗高， r2和r3上無電流，故四根引線對測量無影響。電壓表的輸入阻抗就是電壓表的內(nèi)阻。電壓表的輸入阻抗越高，對被測量的電路吸收的電流越小，越不會影響被測電路的電壓因電壓表吸收電流造成的電壓下降，得到的測量值會更加精確。熱電阻的電阻值等于電壓表只是在U與恒流源I的比值，即：IURt此種引線形式一般用于實(shí)驗(yàn)室精確測量。其他案例熱電阻式流量計(jì)其他案例熱電阻式真空計(jì) 把把鉑電阻絲裝入玻璃管內(nèi)，對鉑鉑電阻絲裝入玻璃管內(nèi)，對鉑電阻用電阻用較大的恒定電較大的恒定電流流I I加熱，當(dāng)環(huán)境溫度與玻璃管內(nèi)介質(zhì)導(dǎo)熱而散失的熱量加熱，當(dāng)環(huán)境溫度與玻璃管內(nèi)介質(zhì)導(dǎo)熱而散失的熱量

14、相平衡時(shí)，鉑絲就有一定的平衡溫度，則對應(yīng)有一定的電相平衡時(shí)，鉑絲就有一定的平衡溫度，則對應(yīng)有一定的電阻值阻值RtRt。當(dāng)被測介質(zhì)的真空度升高時(shí)，玻璃管內(nèi)的氣體變。當(dāng)被測介質(zhì)的真空度升高時(shí)，玻璃管內(nèi)的氣體變得稀少，氣體分子間碰撞進(jìn)行熱傳遞的能量降低，即導(dǎo)熱得稀少，氣體分子間碰撞進(jìn)行熱傳遞的能量降低，即導(dǎo)熱系數(shù)減小，鉑絲的平衡溫度和電阻值隨即增大。因此，電系數(shù)減小，鉑絲的平衡溫度和電阻值隨即增大。因此，電阻值的大小反映了被測介質(zhì)真空度的高低。阻值的大小反映了被測介質(zhì)真空度的高低。 其他案例熱電阻數(shù)字溫度計(jì)主要用于輸油泵進(jìn)出口溫度測量，熱主要用于輸油泵進(jìn)出口溫度測量，熱力、蒸汽溫度檢測，食品釀造、發(fā)酵力、蒸汽溫度檢測，食品釀造、發(fā)酵溫度測量、石油煉制化工合成等測溫溫度測量、石油煉制化工合成等測溫場合。場合。測量范圍：測量范圍：-50500-50500；采樣時(shí)間：采樣時(shí)間：15s15s；顯示：顯示：4 4位位LCDLCD；供電電源：供電電源：3.6V/2Ah3.6V/2Ah鋰電池一節(jié)鋰電池一節(jié)；環(huán)境條件：溫度：環(huán)境條件：溫度：-1050-1050，濕，濕度：度：9595；測深：測深：302500mm302500mm；輸入距離：三線輸入距離：三線30m30m；冷端長度：冷端長度：80200m80200m；安裝螺紋：安裝螺紋：M27x2M27x2。電阻溫度系數(shù)：表示