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鉑電阻PT100溫度傳感器基礎知識

發布時間:2013-4-18??????發布人:澤天傳感??????點擊:

溫度是表征物體冷熱程度的物理量,它可以通過物體隨溫度變化的某些特性(如電阻、電壓變化等特性)來間接測量,通過研究發現,金屬鉑(Pt)的電阻值隨溫度變化而變化,并且具有很好的重現性和穩定性,利用鉑的此種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器,通常使用的鉑電阻溫度傳感器零度阻值為100Ω,電阻變化率為0.3851Ω/℃。鉑電阻溫度傳感器精度高,穩定性好,應用溫度范圍廣,是中低溫區(-200~650℃)最常用的一種溫度檢測器,不僅廣泛應用于工業測溫,而且被制成各種標準溫度計(涵蓋國家和世界基準溫度)供計量和校準使用。

鉑電阻的溫度系數TCR

按IEC751國際標準,溫度系數TCR=0.003851,Pt100(R0=100Ω)、Pt1000(R0=1000Ω)為統一設計型鉑電阻。TCR=(R100-R0)/(R0×100),其中

鉑電阻的溫度/電阻特性

-200,0℃  Rt=R0(1+At+Bt2];Rt在t℃時的電阻值;R0在0℃時的電阻值,TCR=0.003851時的系數值如下:

鉑電阻的測量誤差

鉑電阻的誤差數據表(絕對值)

鉑電阻傳感器的穩定性

鉑電阻傳感器有良好的長期穩定性,典型實驗數據為:在400℃時持續300小時,0℃時的最大溫度漂移為0.02℃。

鉑電阻的自熱和測試電流

常規產品的測試電流:Pt100為1mA, Pt1000為0.5mA,實際應用時測試電流不應超過允許值,例如Pt100當測試電流為1mA時,溫升為0.05℃;當測試電流為5mA時,溫升為2.2℃,并且自熱溫升的數據同產品的結構也有很大的關系,如保護管的直徑,內部填充物的種類,測試條件等。

鉑電阻傳感器的引出導線

兩線制:傳感器電阻變化值與連接導線電阻值共同構成傳感器的輸出值,由于導線電阻帶來的附加誤差使實際測量值偏高,用于測量精度要求不高的場合,并且導線的長度不宜過長。

三線制:要求引出的三根導線截面積和長度均相同,測量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋,鉑電阻作為電橋的一個橋臂電阻,將導線一根接到電橋的電源端,其余兩根分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上,當橋路平衡時,通過計算可知導線電阻的變化對測量結果沒有任何影響,這樣就消除了導線線路電阻帶來的測量誤差,但是必須為全等臂電橋,否則不可能完全消除導線電阻的影響,但分析可見,采用三線制會大大減小導線電阻帶來的附加誤差,工業上一般都采用三線制接法。

四線制:當測量電阻數值很小時,測試線的電阻可能引入明顯誤差,四線測量用兩條附加測試線提供恒定電流,另兩條測試線測量未知電阻的電壓降,在電壓表輸入阻抗足夠高的條件下,電流幾乎不流過電壓表,這樣就可以精確測量未知電阻上的壓降,通過計算得出電阻值。

鉑電阻傳感器的保護管

保護管的作用是為了保護溫度傳感器感溫元件,不使其與被測介質直接接觸,避免或減少有害介質的侵蝕,火焰和氣流的沖刷和輻射,以及機械損傷,同時還起著固定和支撐傳感器感溫元件的作用。在輕微腐蝕和一般工業應用中,304和316(316L)是用得最為廣泛的不銹鋼保護管材料,在我國由于考慮成本,321不銹鋼也被大量使用。

鉑電阻傳感器的響應時間

在溫度階躍變化時,溫度傳感器的輸出變化至量程變化的50%所需要的時間稱為熱響應時間,用τ0.5表示。影響τ0.5的因素與保護管材料、直徑、壁厚有關,而且還與其結構形式、安裝方法、置入深度以及被測介質的流速、種類有關。下表為不同直徑保護管的熱響應時間(材質為不銹鋼,水流速度為1m/s,測試數據為參考值)

絕緣電阻

常溫絕緣電阻的試驗電壓可取直流10~100V任意值,環境溫度在15~35℃范圍內,相對濕度應不大于80%,常溫絕緣電阻值應大于100MΩ。

公稱壓力

一般是指在常溫下,保護管所能承受的不至破裂的靜態外壓。承壓數值的大小同保護管的材料、直徑、壁厚、焊縫強度等密切相關,例如直徑4mm壁厚0.5mm的不銹鋼管,常規產品可以承受10MPa的壓力,經過特殊處理也可承受40Mpa的高壓。

綜合誤差

溫度傳感器在測量過程中的主要誤差來源:傳感器對分度表的誤差;絕緣不良引起的誤差;線路電阻引起的誤差;測量儀表的誤差以及傳熱誤差、動態相應誤差、干擾誤差等。其中有些誤差是在一定條件下才會出現,并且通過一定措施是可以消除和減小的。

測量結構

裝配式鉑電阻:裝配式鉑電阻由外保護管、延長導線、測溫電阻、氧化鋁裝配而成,產品結構簡單,適用范圍廣,成本較低,絕大部分測溫場合使用的產品均屬裝配式。

鎧裝鉑電阻:鎧裝鉑電阻由電阻體、引線、絕緣氧化鎂及保護套管整體拉制而成,頂部焊接鉑電阻,產品結構復雜,價格較高,比普通裝配式鉑電阻的響應速度更快,抗震性能更好,測溫范圍更寬,并且長度方向可以彎曲,適用于剛性保護管不能插入或需要彎曲測量的部位測溫,但必須注意的是由于頂部是測溫元件所在位置,所以其端部30mm是不得彎曲的。

Pt100分度表

鉑電阻分度表見附件,備注:Pt1000的分度表用Pt100的分度表乘以10, Pt500的分度表用Pt100的分度表乘以5即可。

舊機械制圖標準與現行管螺紋代號的對應關系

鉑電阻傳感器的導線規格

常用溫標轉換公式

國際溫標T:T=(t+273.15)K;

華氏溫標n:n=(9/5t+32)OF;其中t為攝氏溫標:℃。

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