淺談熱電阻測(cè)溫精度分析與使用

摘要:主要介紹熱電阻溫度計(jì)的工作原理、測(cè)溫系統(tǒng)、用途、分類等基本內(nèi)容,對(duì)熱電阻溫度計(jì)在使用過(guò)程中出現(xiàn)的不同種類誤差做了較為詳盡地分析,并提出了熱電阻使用過(guò)程中應(yīng)該注意的一些問(wèn)題。
引言
      電阻溫度計(jì),也稱為電阻溫度探測(cè)器(RTDs),是一種使用已知電阻隨溫度變化特性的材料所制成溫度傳感器。常用的電阻溫度計(jì)都采用金屬絲繞制成的感溫元件,主要有鉑電阻溫度計(jì)和銅電阻溫度計(jì),在低溫下還有碳、鍺和銠鐵電阻溫度計(jì)。鉑電阻溫度計(jì)是目前精確的溫度計(jì),溫度覆蓋范圍約為13.81~903K,其誤差不大于萬(wàn)分之一.攝氏度，它是能復(fù)現(xiàn)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)的基準(zhǔn)溫度計(jì)"。由于熱電偶在低溫范圍中產(chǎn)生的熱電勢(shì)小，因而對(duì)測(cè)量?jī)x表要求嚴(yán)格，而采用熱電阻溫度計(jì)測(cè)量低溫是很適宜的。
1電阻溫度計(jì)的工作原理
       熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此,只要測(cè)量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?就可以測(cè)量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。
金屬熱電阻的電阻值和溫度關(guān)系式為
Rt=Re[1+α(t-t0)]
式中,Rt為溫度t時(shí)的阻值;Re為溫度t0(通常t=0C)時(shí)對(duì)應(yīng)電阻值;a為溫度系數(shù)。
半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系為
R.=AeBM
式中,R,為溫度為t時(shí)的阻值;A、B取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。
2熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的組成

       熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)(圖1)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成21。
必須注意以下兩點(diǎn):
(1)熱電阻和顯示儀表的分度號(hào)必須一致。
(2)為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響,必須采用三線制接法。
3誤差分析
對(duì)于一般的熱電阻側(cè)溫系統(tǒng),其誤差組成如下:
(1)熱電阻分度誤差01。標(biāo)準(zhǔn)化的熱電阻分度表是對(duì)同一型號(hào)熱電阻的電阻溫度特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果，而對(duì)具體使用的熱電阻體往往因材料純度、制造工藝有所差異,這就形成了熱電阻分度誤差[3]。分度誤差大小不能超過(guò)表1的規(guī)定數(shù)值。

(2)自熱誤差△2。這是由于測(cè)量過(guò)程中電流流經(jīng)熱電阻時(shí)產(chǎn)生溫升而引起的附加誤差。它與電流大小及傳熱介質(zhì)有關(guān)。我國(guó)工業(yè)上使用的熱電阻限制電流一般不超過(guò)6mA,這時(shí)把熱電阻置于冰點(diǎn)槽中，則熱電阻的自熱誤差不超過(guò)0.1℃。
(3)線路電阻變化帶來(lái)的誤差△3。當(dāng)環(huán)境溫度變化10℃,導(dǎo)線電阻變化為5Ω,則二線制接線誤差為2℃,三線制接線為0.1℃。此外,引線電阻.連接導(dǎo)線的阻值變化也將引起誤差。
(4)顯示儀表的基本誤差△4。XMT-102型數(shù)字溫度指示儀精度為0.5級(jí)，基本誤差是量程范圍的0.5%。
(5)其他誤差05。這是指除上述誤差以外的,由屏蔽絕緣不良、插入深度不夠、熱電阻劣化等所引起的誤差為
例如測(cè)溫系統(tǒng)采用Pt100熱電阻元件,XMT--102量程為0~600℃.被測(cè)溫度示值為400℃,則各項(xiàng)誤差為:
△1=±(0.3=0.05t)=±2.3℃
△2=±0.1℃.
△3=0.19℃
△4=±(0.005×600)=±3℃
△5=±(0.001×600)+0.6℃
對(duì)于三線制測(cè)溫總誤差為:

4熱電阻測(cè)溫應(yīng)注意的問(wèn)題
(1)使用熱電阻前必須檢查它的好環(huán),簡(jiǎn)易的檢查方法是將熱電阻從保護(hù)管中抽出,用萬(wàn)用表測(cè)量其電阻。斷路和短路是很容易判斷的,可用萬(wàn)用表的“×1Ω"檔,如.測(cè)得的阻值小于R0，則可能有短路的地方;若萬(wàn)用表指示為無(wú)窮大，則可斷定電阻體已斷路。若萬(wàn)用表讀數(shù)比R0的阻值偏高一些,說(shuō)明該熱電阻是正常的51。
(2)為保證測(cè)量精度,應(yīng)在經(jīng)過(guò)充分接觸換熱,即
約為時(shí)間常數(shù)的5~7倍以后再開(kāi)始測(cè)量。為了減少熱電阻的時(shí)效變化,應(yīng)盡可能避免處于溫度急劇變化的環(huán)境。
(3)在測(cè)量熱電阻時(shí),需要通以電流,雖然電流增大可以提高靈敏度,但電流過(guò)大會(huì)引起電阻發(fā)熱,而造成測(cè)量誤差，所以熱電阻使用時(shí)電流受到限制。
(4)熱電阻測(cè)量時(shí),其插人深度不小于熱電阻保護(hù)管外徑的8~10倍,盡可能使熱電阻受熱部分增長(zhǎng)。同時(shí)熱.電阻盡可能垂直安裝，以防在高溫下彎曲變形。
(5)熱電阻在使用中為了減小輻射熱和熱傳導(dǎo)所產(chǎn)生的誤差,應(yīng)盡量使保護(hù)套管表面和被測(cè)介質(zhì)溫度接近，減小熱電阻保護(hù)套管的黑色系數(shù)。
(6)如果引線間或者絕緣體表面.上附著有水滴或灰塵時(shí),將使測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定并產(chǎn)生誤差。因此，平常使用時(shí)應(yīng)注意熱電阻的防水、防濕、防寒等要求。
5結(jié)束語(yǔ)
       總之在熱電阻測(cè)溫過(guò)程中,為保證溫度儀表的正確可靠運(yùn)行，除對(duì)上述提出的問(wèn)題外，還應(yīng)對(duì)儀表本身進(jìn)行認(rèn)真檢修,對(duì)測(cè)溫元件、連接線路以及切換開(kāi)關(guān)的安裝應(yīng)符合相應(yīng)的規(guī)范，不論那一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯(cuò)都會(huì)產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差,影響工作人員的判斷,甚至不能工作。