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溫度變送器的溫度測量應用知識
熱電偶_熱電阻
溫度變送器的溫度測量應用知識 2019-05-29 溫度變送器的溫度測量應用知識 225

溫度變送器的溫度測量分為兩種:熱電阻測量和熱電偶測量。


一、熱電阻測量溫度


熱電阻(如Pt100)是利用其電阻值随溫度的變化而變化這一原理制成的将溫度量轉換成電阻量的溫度傳感器。


溫度變送器通過給熱電阻施加一已知激勵電流測量其兩端電壓的方法得到電阻值(電壓/電流),再将電阻值轉換成溫度值,從而實現溫度測量。熱電阻和溫度變送器之間有三種接線方式:二線制、三線制、四線制。

 

(1)二線制

如圖1,變送器通過導線L1、L2給熱電阻施加激勵電流I,測得電勢V1、V2。

溫度變送器的溫度測量應用知識

計算得Rt:溫度變送器的溫度測量應用知識


由于連接導線的電阻RL1、RL2無法測得而被計入到熱電阻的電阻值中,使測量結果産生附加誤差。如在100℃時Pt100熱電阻的熱電阻率為0.379Ω/℃,這時若導線的電阻值為2Ω,則會引起的測量誤差為5.3℃。

 

(2)三線制

是實際應用中最常見的接法。如圖2,增加一根導線用以補償連接導線的電阻引起的測量誤差。三線制要求三根導線的材質、線徑、長度一緻且工作溫度相同,使三根導線的電阻值相同,即RL1=RL2=RL3。通過導線L1,L2給熱電阻施加激勵電流I,測得電勢V1、V2、V3。導線L3接入高輸入阻抗電路,IL3=0。

溫度變送器的溫度測量應用知識

計算得Rt:溫度變送器的溫度測量應用知識


由此可得三線制接法可補償連接導線的電阻引起的測量誤差。

 

(3)四線制

是熱電阻測溫理想的接線方式。如圖3。通過導線L1、L2給熱電阻施加激勵電流I,測得電勢V3、V4。導線L3、L4接入高輸入阻抗電路,IL3=0,IL4=0,因此V3-V4等于熱電阻兩端電壓。

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計算得Rt:溫度變送器的溫度測量應用知識


由此可得,四線制測量方式不受連接導線的電阻的影響。

 

二、熱電偶測量溫度


把兩種不同材質的導體A和B焊接起來,如圖4,當連接點(熱端)的溫度和導體另一端(冷端,亦稱參比端)的溫度不同時,會在冷端産生熱電勢。 熱電偶就是利用這一現象将溫度量轉換成電勢量的溫度傳感器。


如果熱電偶的冷端溫度保持恒定(比如為0℃),則輸出熱電勢和熱端溫度值成一一對應關系。溫度變送器通過測量熱電偶輸出端的電勢差,再将電勢差轉換成溫度,從而實現溫度測量。

溫度變送器的溫度測量應用知識

 

熱電偶的輸出熱電勢取決于熱端和冷端之間的溫度差,而在實際測量中,熱電偶冷端的溫度經常發生變化,如果不對這種變化進行補償,即使熱端的溫度恒定不變,冷端的溫度變化也會引起熱電勢的變化,使熱電勢不能真實反映熱端的溫度,從而引起測量誤差。


冷端補償原理如下:測量某熱電偶熱端溫度為T1時(冷端溫度為T2)的熱電勢V1,同時用溫度傳感器(如Pt100)測量冷端溫度值T2,計算得溫度T2時該熱電偶的熱電勢V2(冷端溫度為0℃),則V1+V2是該熱電偶為冷端溫度為 0℃時,熱端溫度T1時的電勢值。


由于涉及冷端補償問題,有時不正确的測量往往認為溫度變送器的精度超差。正确測量熱電偶變送器的方法有兩種:一種為精确測量法,另一種為實用測量法。

 

(1)精确測量法

① 補償導線采用與測量熱電偶相對應的補償導線;

② 用mV信号發生器模拟熱電偶信号;

保持容器内為冰、水混合态,保證冷端溫度為0℃。


如圖5,根據熱電偶分度表上對應的電勢值,直接由毫伏信号發生器模拟熱電偶輸出信号,測量輸出4~20mA電流信号,計算變送器的測量精度。這種測量方法可消除測量過程中冷端溫度變化引起的測量誤差,但補償導線本身誤差引起的測量誤差還是無法消除。這種方法一般在試驗室測量中應用。

溫度變送器的溫度測量應用知識

 

(2)實用測量法

如圖6,在輸入端放置一個溫度計,測得冷端溫度值,由分度表查得此溫度電勢值ECJ,再根據熱電偶分度表的電勢值EO,由mV信号發生器模拟輸出(EO-ECJ)值,即模拟熱電偶的輸出,測量輸出4~20mA電流信号,計算變送器的測量精度,這種方法還存在着環境溫度變化和溫度計測量冷端溫度誤差兩個方面,無法消除會帶來測量誤差。

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