作為常用的溫度測(cè)量設(shè)備,熱電偶和熱電偶在工作特性上各具特色,因此在這里簡(jiǎn)單對(duì)比一下: 熱電偶作為常用的溫度傳感器,其具有:溫度測(cè)量范圍廣(零下270到1820攝氏度)、成本低、性能穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于管理等特點(diǎn),正是因?yàn)闊犭娕季邆溥@些顯著地優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)、醫(yī)藥、科研、食品等等行業(yè)。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō), 熱電偶一般是通過(guò)用兩種不同材質(zhì)的合金相結(jié)合制作而成的,至于為何要做成這種設(shè)計(jì),就要從其工作原理來(lái)說(shuō)明這個(gè)問題。
熱電偶是一種感溫元件, 它能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)信號(hào), 通過(guò)電氣測(cè)量?jī)x表的配合, 就能測(cè)量出被測(cè)的溫度。熱電偶測(cè)溫的基本原理是熱電效應(yīng),也就是常說(shuō)的賽貝克效應(yīng)。在由兩種不同材料的金屬導(dǎo)體 L1和 L2 所組成的閉合回路中 , 當(dāng) L1和 L2的兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同,一個(gè)是T1,另一個(gè)T2, 在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)差,也就是形成電壓。這就是常常提及到的塞貝克效應(yīng)。導(dǎo)體L1和 L2 稱為熱電極。溫度較高的一端(T1,也叫工作端,通常焊接在一起);溫度較低的一端(T2,也叫自由端,通常處于某個(gè)恒定的溫度下)。兩端的形成的熱電勢(shì)與跟溫度具有函數(shù)關(guān)系,根據(jù)熱電勢(shì)與溫度函數(shù)關(guān)系,可制成熱電偶分度表。分度表是在自由端溫度 T2=0攝氏度 的條件下得到的。不同的熱電偶具有不同的分度表。在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí), 只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同, 熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變,即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此, 在熱電偶測(cè)溫時(shí), 可接入測(cè)量?jī)x表, 測(cè)得熱電勢(shì)后, 即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。
按國(guó)際上的IEC標(biāo)準(zhǔn),熱電偶分為八個(gè)不同的分度,分別為B、E、J、K、N、R、S、T型熱電偶,其測(cè)量溫度最低可達(dá)零下270攝氏度,最高為1820攝氏度,其中B,R,S屬于鉑系列的熱電偶,由于鉑屬于貴重金屬,所以他們又被稱為貴金屬熱電偶,而剩下的幾個(gè)則稱為廉價(jià)金屬熱電偶。由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時(shí)),而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn),為了節(jié)省熱電偶材料,降低成本,通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi),連接到儀表端子上。必須指出,熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極,使熱電偶的冷端移動(dòng)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(duì)測(cè)溫的影響,不起補(bǔ)償作用。因此,還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度T2≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配,極性不能接錯(cuò),補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過(guò)100℃。
熱電阻作為另一種常見的溫度測(cè)量設(shè)備,相較于熱電偶,熱電阻的溫度測(cè)量范圍較窄(零下250到850攝氏度),但是測(cè)量精度更高、線性度更好、穩(wěn)定性也更為持久,因此廣泛的應(yīng)用于工業(yè)范圍,低溫環(huán)境等對(duì)溫度測(cè)量設(shè)備要求較高的領(lǐng)域。
熱電阻是基于金屬導(dǎo)體的自身電阻值是根據(jù)溫度的增加而相應(yīng)增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量工作的,因此不同于熱電偶是由兩中金屬導(dǎo)體相結(jié)合而制作的,熱電阻基本是由純的金屬導(dǎo)體材料制作而成的,常見的材料有鉑和銅等。
熱電阻的工作原理是根據(jù)熱電阻阻值會(huì)根據(jù)溫度的變化發(fā)生改來(lái)來(lái)測(cè)量的,因此,熱電阻連接的導(dǎo)線自帶電阻會(huì)給溫度的測(cè)量帶來(lái)負(fù)面影響,而為了消除這種影響,一般熱電阻要采用三線制或者四線制的測(cè)量方式來(lái)構(gòu)成連接。
備注:( 三線制:三線制傳感器就是電源正端和信號(hào)輸出的正端分離,但它們共用個(gè)COM端。四線制:電源兩根線,信號(hào)兩根線。電源和信號(hào)是分開工作的。)