（已结束）工控仪表擂台第三期－－在温度传感器选型时，你认为什么情况下选择热电偶和热电阻？ 点击：2173 | 回复：30
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热电偶是温度传感器。两种不同金属接触面两端在不同温度时产生不同微弱电压，经放大电路来测量温度。主要用于测量高温。
热电阻是电阻值随着温度变化。主要用于测量微小的温度变化。
热电偶
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是：
①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。
②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。
③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。
1．热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
2．热电偶的种类及结构形成
（1）热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。
标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
(2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：
①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；
②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；
③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；
④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
3．热电偶冷端的温度补偿
由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。
在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。
热电阻
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。
1、热电阻测温原理及材料
热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。
2、热电阻的类型
1）普通型热电阻
从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。
2）铠装热电阻
铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2--φ8mm，最小可达φmm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。
3）端面热电阻
端面热热电偶是温度传感器。两种不同金属接触面两端在不同温度时产生不同微弱电压，经放大电路来测量温度。主要用于测量高温。
热电阻是电阻值随着温度变化。主要用于测量微小的温度变化。
热电偶
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是：
①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。
②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。
③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。
1．热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图2-1-1所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
2．热电偶的种类及结构形成
（1）热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。
标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
(2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：
①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；
②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；
③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；
④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
3．热电偶冷端的温度补偿
由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。
在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。
热电阻
热电阻是中低温区最最灵敏。
一、看测温范围。热电阻和热电偶各有适宜的测温范围，根据实际测温点的温度及温度梯度分布情况酌情选择；
二、结合现场环境状况选择，尤其是要考虑现场电磁兼容性能，各种杂波、谐波、差模和共模干扰信号的情况。当使用热电偶时因温差热电势属于较微弱的电信号，易受干扰从而引入测量误差，而热电阻因为是电流信号不易受干扰，而且又因为有三线制、四线制等可以进一步减少测量的系统误差，所以热电阻在满足测量范围的前提下还具有抗干扰性能强的优势，还没有热电偶的冷端补偿问题的麻烦。另外，现场一般在测温点都是将热电阻接到变送器上再输出给二次仪表，不怕线路长造成信号衰减，而且不必使用造价较高的补偿导线，而热电偶则需要使用补偿导线，这些情况下均适宜使用热电阻。当然热电阻的阻值随温度而非线性变化会引入系统误差，而且热电阻的热惯性略显大些，不能够较好的跟踪温度快速和大幅度的变化。为避免系统误差过大，接入的二次仪表出的分辨率不宜过大，这样也限制了系统整体的测温线性范围
首先看被测介质的使用温度，热电阻一般应用于温度不超过300度的被测介质，特别是低于200度的时候，热电阻得到大量应用。而热电偶一般测量介质的温度都在200度以上，因为在低温时热偶的热电式很小，加上热电偶易受电磁干扰，因此在低温下不适合应用。
再者还要看原有系统的兼容性和剩余卡件及以后维护方便性的情况，如：我厂的润滑油系统DCS，原先的温度都是热电偶测量，其控制柜里边的卡件也是热电偶输入卡，现在要把炉区的原燃料油改为天然气燃料需要在天然气缓冲罐内加以温度点，由于天然气的温度在100度以内，应该安装热电阻，但是考虑控制柜原先没有热电阻输入卡，且热电偶输入卡还有很多空余，加上新加温度点只是指示，因此现场选用热电偶。
由于热电阻的导线只需普通的三芯或四芯屏蔽电缆，在铺设和穿管中都比热电偶的补偿导线容易，且以后的维护也比热电偶简单，因为热电偶的微电势，容易受到干扰，因此在热电偶的接线端对其接触电阻和密封条件要求比热电阻严格，特别是在高踏上的热电偶，遇到雷雨天气极易受电磁干扰，因此在介质温度允许情况下，建议优先选择热电阻。
在大型的机泵上，其对其机泵内设备温度、油温和出口温度的测量，因为设备的处电磁干扰很强，加上设备的温度大部分都在200度左右，因此大多选用热电阻测量，但由于热电阻的引出线极细，在震动着极易松动和震断，因此现在的热电阻在机泵温度测量中都用铠装热阻，其普通的带绝缘套管的热阻，在很多塔体测量中还用到，但逐渐会被铠装热阻淘汰。
当然有时也要具体问题具体分析，如，我公司以压缩机其内部温度，原先使用的是普通的热阻，由于振动很大，经常损坏，而换装铠装热阻也不合适，由于被测温度点距离外壳很深，中间还有拐角，其铠装不合适，所以经过考虑还是换装材质比较坚硬，其直径较大的E型热电偶，虽然需要重新铺设补偿导线，但是使用效果明显，没有在发生震断的事故。
由于热阻的校准很简单，其所校准点只有零点和100度时对应的电阻值，校准设备简单，校准时间很短。而热偶的校准由于校准点很多加上加热炉升温和退温的缓慢性及其对炉内温度要求的严格性，使热偶的校准不仅时间漫长，设备复杂，且对环境的要求也很严格。因此在测介质温度符合热阻的使用条件下，因首先使用热阻。
选择热电偶和热电阻，必须确定你的长期使用温度范围：
1，铜热电阻 cu50 -50--100度【150】
2，铂热电阻 pt100 -200--420度【650】
3，镍铬-铜镍热电偶 E 0-800度【1000】
4，镍铬-镍硅热电偶 K 0-1000度【1200】
5，铂铑10-铂热电偶 S 0-1300度【1600】
6，铂铑30-铂铑6热电偶 B 0-1600度【1800】
括弧内数字为理论最高值
然后，再根据使用环境选择保护管材质：
1，石英玻璃 0--1200度 耐酸碱腐蚀 耐热冲击，易碎。
2，321不锈钢 0-1000度，耐高温氧化。
3，316不锈钢 0-1000度，耐高温氧化、抗酸碱腐蚀。
4，310S不锈钢 0-1200度，耐高温氧化。
5，GH30不锈钢，0-1250度，耐高温氧化。
6，高铝陶瓷 0-1400度，耐高温，抗氧化，易碎。
7，刚玉 0-1650度，耐高温抗氧化。易碎
8，碳化硅 0-1650度，耐高温，抗氧化，抗冲刷，抗腐蚀，易碎。
9，聚四氟乙烯 0-250度 耐一切酸碱腐蚀。
10，高温耐磨热电偶合金 0-1250度， 耐被测量介质磨损，如水泥、煤粉
最后再选则保护管直径、安装方式，如固定螺纹或者固定法兰等
在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此，在热电偶测温时，可接入测量仪表， 测得热电动势后，即可知道被测介质的温度。
工作原理
两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。
热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：
1：热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温[2]度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端，两端温度差的函数；
2 ：热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；
3：当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
◆装配简单，更换方便
◆压簧式感温元件，抗震性能好
◆测量范围大
◆ 机械强度高，耐压性能好
◆ 耐高温可达2400度
热电偶 - 种类及结构形成
（1）热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
(2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：
①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；
②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；
③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；
④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
简单的讲，选择热电偶和热电阻，应从以下几方面考虑：
(1)根据测温范围选择：500℃以上一般选择热电偶，500℃以下一般选择热电阻；
(2)根据测量精度选择：对精度要求较高选择热电阻，对精度要求不高选择热电偶；
(3)根据测量范围选择：热电偶所测量的一般指“点”温，热电阻所测量的一般指热电阻周围介质的平均温度。
(4)根据时间滞后系数选： 要求时间滞后系数小的及灵敏度高的选热电偶，灵敏度要求低的选热电阻（热阻的时间滞后一般是秒级的，比热偶大）。
(5)从价格角度选择： 一般优先选热电偶。（同档次的热偶一般比热阻便宜） (6)还有特殊应用时： 例如，多点测温取大范围平均温度的优先考虑热电偶（热偶可以串联使用，只用一个变送器就可完成）
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