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溫度變送器的工作原理和分類

2019年09月23日 09:08   來源:蘇州天康自動化有限公司
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首先我們了解下溫度變送器的由來:由于感溫元件種類繁多,其信號輸出的類型也多,為了便于自動化檢測,因此對各種溫度傳感器的信號輸出做了統一的規定,也就是為統一的4~20mA信號。為了使各種溫度傳感器的輸出能統一為4~20mA的信號,所以使用了溫度變送器。利用溫度變送器來使輸入的各種電阻和電勢信號,變成統一的4~20mA的電流信號,這就是溫度變送器的由來。

溫度變送器完成測量信號的采集后,轉化成統一的4~20MA電流信號輸出, 同時還起到隔離的作用。

溫度變送器按工作原理分類,主要是熱敏元件的不同, 有:熱電偶,熱電阻(金屬),和半導體熱敏電阻。

一體化溫度變送器將溫度傳感元件(熱電阻或熱電偶)與信號轉換放大單元有機集成在一起,用來測量各種工藝過程中-200-1600℃范圍內的液體、蒸汽及其它氣體介質或固體表面的溫度。它通常和顯示儀表、記錄儀表以及各種控制系統配套使用。

溫度傳感器受溫度影響產生電阻或電勢效應,經轉換產生一個差動電壓信號。此信號經放大器放大,再經電壓、電流變換,輸出與量程相對應的 4-20mA的電流信號。

熱電偶一般用于中高溫的測量,而熱電阻主要是低溫的測量。采用何種,具體看看下面的介紹:

1.熱電偶

熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一,熱電偶工作原理是基于賽貝克(seeback)效應,即兩種不同成分的導體兩端連接成回路,如兩連接端溫度不同,則在回路內產生熱電流的物理現象。其優點是:①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸,不受中間介質的影響。②測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續測量,某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻), 可達+2800℃(如鎢-錸)。③構造簡單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限制,外有保護套管,用起來非常方便。

1.1熱電偶測溫基本原理:將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來,構成一個閉合回路。當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時,兩者之間便產生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。

1.2熱電偶的種類及結構形成

(1)熱電偶的種類:常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所調用標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶,它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準化熱電偶,一般也沒有統一的分度表,主要用于某些特殊場合的測量。標準化熱電偶我國從1988年1月1日起,熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標準生產,并指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為我國統一設計型熱電偶。

(2)熱電偶的結構形式為了保證熱電偶可靠、穩定地工作,對它的結構要求如下:①組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固;②兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣,以防短路;③補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠;④保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。

1.3.熱電偶冷端的溫度補償:由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時),而測溫點到儀表的距離都很遠,為了節省熱電偶材料,降低成本,通常采用補償導線把熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩定的控制室內,連接到儀表端子上。必須指出,熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極,使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上,它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響,不起補償作用。因此,還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配,極性不能接錯,補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。

2.熱電阻

熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高,性能穩定。其中鉑熱是阻的測量精確度是高的,它不僅廣泛應用于工業測溫,而且被制成標準的基準儀。

2.1、熱電阻測溫原理及材料:熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成,目前應用最多的是鉑和銅,此外,現在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。

2.2、熱電阻的類型:

1)普通型熱電阻:從熱電阻的測溫原理可知,被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的,因此,熱電阻體的引出線等各種導線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。

2)鎧裝熱電阻:鎧裝熱電阻是由感溫元件(電阻體)、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實體,它的外徑一般為φ2--φ8mm,最小可達φmm。與普通型熱電阻相比,它有下列優點:①體積小,內部無空氣隙,熱慣性上,測量滯后??;②機械性能好、耐振,抗沖擊;③能彎曲,便于安裝④使用壽命長。

3)端面熱電阻:端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制,緊貼在溫度計端面。它與一般軸向熱電阻相比,能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度,適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。

4)隔爆型熱電阻:隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒,把其外殼內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發生的爆炸局限在接線盒內,生產現場不會引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla--B3c級區內具有爆炸危險場所的溫度測量。


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