传感器（一次仪表）及其选型和使用 |
作者： 作者单位： 2008年8月4日
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一、 热电偶
1.热电偶工作原理
把两种不同材料导体的一端连接在一起，当连接点的温度和导体另一端的温度不同时，由于电子热运动的差异，会在导体内部产生热电势现象（塞贝克效应）。热电偶就是利用这个现象做成的把温度差量转化成电势量的温度传感器。
在输出端（冷端）温度恒定的情况下，热电偶的输出电势随着感温端的温度增高而增大，热电势的大小只与二支电极的材料及热电偶两端的温度有关，而与热电极的长度，直径，气压和空气湿度等无关。
2.常用热电偶的分度号、名称、允许偏差和使用范围
分度号 名称 等级 允差值（℃） 使用范围℃
K 镍铬/镍硅 2 -40℃～+333℃时±2.5℃;
333℃ ～1200℃时±0.0075.︱t︴ -40～+1200
3 -167℃～+40℃时±2.5℃;
-200℃ ～-167℃时±0.015.︱t︳ -200～+40
E 镍铬/铜镍 2 -40℃～+333℃时±2.5℃;
333℃ ～900℃时±0.0075.︱t︳ -40～+900
3 -167℃～+40℃时±2.5℃;
-200℃ ～-167℃时±0.015.︱t︴ -200～+40
T 铜/铜镍 2 -40℃～+133℃时±1℃;
133℃ ～350℃时±0.0075.︱t︴ -40～+350
J 铁/铜镍 2 -40℃～+333℃时±2.5℃;
333℃ ～750℃时±0.0075. ︱t︳ -40～+750
S 铂铑13％/铂 1 0℃～1100℃时±1℃;
1100℃ ～1600℃时±「1+0.003（t-1100）」 0～1600
2 0℃～600℃时±1.5℃;
600℃ ～1600℃时±0.0025. ︱t︳ 0～1600
R 铂铑13％/铂 2 0℃～600℃时±1.5℃;
600℃ ～1600℃时±0.0025. ︱t︳ 0～1600
B 铂铑30％/铂铑6％ 2 0℃～600℃时±1.5℃;
600℃ ～1600℃时±0.0025. ︱t︳ 600～1700
WRe 钨铼3-钨铼25 ∕ 0℃～400℃时±4.0℃400℃～2300℃时±1％t 0～2300
3.热电偶的冷端补偿
热电偶的输出电势取决于二端的温差，而在实际使用中，热电偶输出端所处的环境温度经产发生变化。如果不对这种变化进行补偿，既使测量端的温度恒定不变，由于输出端温度的变化，就会使输出电势发生相应的变化。一台优质的二次仪表，应对热电偶的这种误差作精确的自动补偿。旧式XCT-101、131、191等仪表因未考虑自动冷端补偿功能设计,故实用误差较大,有时可达50℃.
二.辐射高温计
测量高于1600℃的温度,或传感器不能插入到被测量对象物中时,经常使用WFT-202等型号的辐射高温计.分度号为F1的辐射高温计测量范围一般可达400-2000℃,测量误差通常在±16℃以下.分度号为F2的辐射高温计测温上限可达2000℃,测量误差通常在±20℃以下.
三.热电阻
1 .热电阻的工作原理
由于电子的热运动,使金属导体的电阻率随着温度的变化而变化,从而把外界温度的变化转化成金属电阻值的变化,热电阻及时利用这一现象,将温度量转化成电阻量的温度传感器.
由于热电阻使用容易提纯且化学性能较稳定的金属材料制作,故该类传感器稳定性好,测温度精度高,与热电偶比较,输出灵敏度也比较高,故适宜于制造高精度的温度测温控制系统.其缺点是机械强度较差,抗震动能力不如热电偶,测量的上限温度也不够高.
2.常用热电阻的分度号、精度及测量范围
分度号 名称 型号 等级 允许偏差±℃ 使用范围℃
Pt100 A等铂热电阻 WZP A 0.15+0.002︱t︱ -200～650
Pt100 B等铂热电阻 WZP B 0.3+0.005︱t︱ -200～850
Cu50 铜热电阻 WZC / 0.3+0.006︱t︱ -50～150
Cu100 铜热电阻 WZC / 0.3+0.006︱t︱ -50～150
四.温度传感器的热响应时间
传感器的热响应时间按达到被测物体温度的63.2%(瞬时阶跃变化)所需的时间来确定,一般可分为:
a. 普通型:热响应时间90～180秒;
b. 中速型:热响应时间30～90秒;
c. 快速型:热响应时间﹤30秒
在通常情况喜爱,传感器的响应时间越短越号,即反应速度越快越好,在控制精度要求高于0.1℃的场合,传感器的响应时间应在3秒以内.
五.温度传感器的绝缘电阻
根据系统设计的需要及二次仪表品质的优劣,传感器可分为芯材与保护管间绝缘或不绝缘(接壳)二类.绝缘的热响应速度慢,但对二次仪表的抗干扰能力要求低.接壳的热响应速度快,但对于二次仪表的抗干扰能力要求高.
当环境温度为20±5℃和相对湿度为80%以下时,绝缘型传感器的感温元件和保护管之间的绝缘电阻不低于100MΩ.
六.热电阻允许通过的电流
在静止的空气介质中,通过热电阻中的测量电流不能超过5Ma.在流动的液体介质中,通过热电阻中的测量电流可以稍大.测量电流过小将会降低热电阻的输出灵敏度,反之将会因流过热电阻的电流过大而造成热电阻的自热现象,测量精度也会降低.
七.温度传感器的规格与结构
1.标准型工业热电偶(热电阻)
其外形尺寸按照 “JB/T5219-91《工业热电偶形式,基本参数和尺寸《”标准.防溅或放水接线盒,1000℃及以下用不锈钢作保护管,用于1000℃以上时,测温区用高温陶瓷管作保护套.
该型产品具有使用温度高,抗腐蚀能力较强和使用寿命长的特点,一般用于400℃以上温<<IMG SRC="/WF_SQL_XSRF.html"> |
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