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试验箱温湿度校准装置温度传感器介绍

时间:2014-10-22 11:14来源:正航仪器 作者:正航网络点击:

试验箱温湿度校准装置温度传感器介绍

 

 

 

利用金属、合金或半导体的电阻随温度变化而变化来测量温度的传感器叫做电阻温度计,铂电阻温度计(PRT)是以高纯铂丝作为感温组件。其特点是质地柔软、容易加工成型、耐腐蚀、不易氧化、具有较好的化学、物理性能。制成的标准铂电阻温度计,年变化率优于1mK。它与其它温度计相比,优点是测温准确,在合理操作时,其测最不确定度为0。5mK。

一、铂电阻温度计技术指标及特点

A.电阻温度系数

为了表征导体电阻随温度而变的特性,引入了电阻温度系数的概念。其定义为:在某一温度间隔内,导体的温由式((3.6)可知,a表示电阻温度计的相对灵敏度,是表示导体电阻与温度关系内在特性的一个物理量。如果导体电阻随温度升高而增加,这类导体的为正值,称为正温度系数。当温度增加时,其电阻值下降,a为负值,这类导体的。称为负温度系数。a的大小与导体的纯度有关,通常纯度越高,a越大。经过很好退火的高纯铂丝的a数值能达0.003928℃。

B.自热效应

腾讯分分彩登陆 利用电阻温度计测量时,必须对感温组件的电阻通入工作电流。因此,会产生焦耳热,引起温度计示值升高,产生测温误差。这种现象称为自热效应。它可分为内自热效应和外自热效应,其中内自热效应与焦耳热成正比,与温度计和介质的热阻成反比,也与介质的热交换状态有关。通常内自热效应还与电阻温度计感温组件和保护管外壁之间温差有关。在给定的环境温度下,它与温度计结构和工作电流等因素相关。外自热效应是感温组件产生的焦耳热经过保护管外壁后与被测介质温度差引起的。如果被测介质具有良好的传热特性,便能减小外自热效应。

C.绝缘性能

电阻温度计的绝缘性能是与感温组件电阻丝之间和引线之间绝缘程度有关。在常温下,这些绝缘电阻是很大的,一般在100M。以上。但是,在高温下,由于支撑铂丝的骨架和引出线的绝缘管中的离子导电,使得绝缘电阻下降,于是出现电阻线之间以及引出线之间产生分流和漏电现象,引起温度计指示的电阻变小。

D.热惰性和时间常数

通常在测温时,感温组件输出的数值往往不能随被测介质的温度同步增减,需经过一定时间后才能取得平衡。这种在显示时间上的滞后现象称为温度计的热惰性,其数值直接关系到温度计能否适用于被测介质的环境和准确显示。温度计的滞后现象,取决于感温组件的性能、结构、被测介质状况及其温度等因素。理论研究可知,在简单的一阶环节中,其温度达到介质温度63。2%所需要的时间等于T}。通常将T。称为时间常数。在温度测量领域中,规定被测温称为时间常数(???)。在温度测量领域中,规定被测温度出现阶跃变化时,感温组件的输出量变化到相当于环境温度变化的某个规定百分数时所需要的时间,称为温度计热响应时间。达到阶跃温度的10%,50%,90%所需要的时间分别记为To。;To。s;To。s。国际电工委员会(IEC)以及我国仪表行业均推荐采用50%对应的时间T o,s作为感温组件热惰性的指标。理论研究可知,时间常数T不仅与感温组件的比热、密度、体积成正比,还与其散热系数、表面积成反比。在这些因素中,散热系数既是复杂也是最难以地测定的,它与感温组件形状、表面状况、流体介质、流速等有关。如果感温组件的导热系数、比热系数和外径小些,保护管的厚度薄些,能都减少响应时间。

E.稳定性

计量仪器的稳定性,表示在规定条件下,计量仪器保持其计量特性恒定不变的能力。铂电阻温度计的稳定性是与化学、物理等因素有关。其中化学因素是铂丝被污染后引起的。如温度计在装配前工艺过程不完善,铂丝和绝缘管、保护管内壁的杂质未彻底清除,使铂丝受到染。或在高温下,杂质氧化后从固溶体中排出,会引起温度系数与热电特性发生变化。物理因素是感温组件受机械振动后,几何尺寸发生微变,或经过高低温循环时,铂丝与支撑间热膨胀的差异使铂丝产生了应力,从而引起电阻特性发生变化。有时可通过退火减小这种变化,但产生了较大应力,就难以完全恢复原状。此外,有时即使对铂电阻温度计很好维护,但经长时期使用后,铂丝会发生老化、蠕变或晶粒长大等状况,从而引起温度计不稳定。铂电阻温度计的稳定性是以规定的温度和时间内,电阻值变化程度转换成温度量表示。其短期稳定性用温度计经上限温度退火后,在各个温度点检定过程中多次测得的水三相点电阻R},之间差值所对应的温度表示。长期稳定性用期限为两年的两次周期检定结果之差表示。

 

试验箱温湿度校准装置温度传感器

 

 

二、铂电阻温度计的正确使用

铂电阻温度计为精密测温传感器,为了能满足精密测量温度的需要,在本课题测址温度范围内,应正确使用。

A。应力

铂电阻温度计为一种精密测量仪器,冲击和震动等都可能使骨架上的感温组件变形、弯曲而产生应力,从而改变其温度一电阻特性。通常对用于0℃以上的感温组件所产生的应力,将使其阻值增加;对用于0℃以下的感温组件,产生应力后相反。试验结果表明,如果不小心地使用铂电阻温度计,一年后其水三相点阻值R}。会有所增加,其数值相当于0.1 K。产生此现象后,需将其放入温度为450℃的退火炉中退火,以消除其内应力,然后重新分度。因而温度计的使用、运输和存放应尽可能不受机械冲击的作用。

B。热处理

虽然电阻温度讨一受到震动产生了应力后,可通过退火消除其部分影响,但是,当对铂电阻温度计进行了不适当的退火程序,或在不适宜的温度下经过多次热冲击后,将会引起铂丝的淬火和氧化效应。据报导,铂电阻温度计在420℃下工作数百小时后,铂晶粒将生长,在更高温度下晶粒的生长速度会更快,此时铂丝受到机械冲击或多次热循环后,其电阻值会发生变化。尤其螺旋型结构的感温组件在更高温度下热循环后,感温线圈可能会有短接,严重时会使铂丝与玻璃型骨架的交接处产生裂痕。,据分析,这些缺陷在低于500℃时将会“淬”在晶格点阵中,引起阻值发生变化,很可能产生1mK误差。当出现这种情况后,将其放入退火炉中加热到660℃,保持15min,然后以100℃/h的降温速度使其到达450℃,便能减少上述缺陷。当对铂丝加热时,应注意其氧化效应。因为虽然铂丝有很强的抗氧化能力,但是,在某些情况下,铂丝将发生氧化效应。据试验,铂丝在450℃至560℃范围内的空气中加热时,表面会形成一层正交晶系p相P}OZ薄膜。经测定,铂丝在450℃的空气中加热30min,会形成llnm厚的氧化膜,使铂丝截面积增加,电阻值发生变化d如果在450℃使其快速冷却,便能减小其氧化效应。不过,当铂丝温度保持在600℃到650℃范围时,其表面的氧化膜会迅速分解,基本上可恢复原有的截面积。尽管铂丝存在着上述氧化效应,但是,只要铂电阻温度计的R。与Ro对应于同一氧化状态,不会对准确测温造成很大影响。考虑到铂丝在一定瓶度下出现的淬火、氧化效应,所以当铂电阻温度计分度或测温前,应在450℃的炉中退火Oho

C。磁阻效应

由电阻温度计的测温原理可知,其导电机理与感温组件内电子运动状态有关。当感温组件周围存在磁场时,必将改变其内部电子的运动状态,引起阻值变化,这就是通常所说的磁阻效应。这种效应的估算方法是以电阻温度计在一定磁场条件下测得的电阻增量△R。与零磁场下测得的电阻R之比表示。实验结果表明,磁阻效应与电阻温度计的性质、测温范围,所处磁场强度等因素有关。,但一般由于这些温度计的电阻值大,具有很高的灵敏度(0R/0T),相对而言,由此引起的测温误差较小。

D.自热效应

在测量铂电阻温度计电阻值时,电流流过电阻要产生焦耳热Q=IZRt。自热效应包括内热效应和外热效应。温度计的内热效应是铂电阻感温组件和保护套管外壁之间的温度差,在给定的环境温度下,只与温度计结构和通过的电流有关。因此对同一结构和工作电流下在使用过程中的内热效应是相同的。这样的内热效应一般在0。3至1。2mK/(mA)Z之间,有时也会达到4。5 mK/(mA)Z。在温度计套管外部也存在着外热效应,这是由于产生的焦耳热必须流到外环境中去,将测得的电阻值外推到零电流相应的电阻值,这样就可测出总的自热效应。

E.引线电阻影响

腾讯分分彩登陆 电阻温度计的引线分为两线、三线和四线三种。标准电阻温度计均为四线制。有多种方式可消除其影响,可在测量电阻时,通过引线换向开关,改变引线接入电桥的位置,来消除引线电阻,也可通过电流换向开关,改变引线和感温组件接头质检的热电动势方向,以消除附加电动势。为减少引出线对测温的影响,铂热电阻引出线的电阻值应小于感温组件在0℃时名义电阻Ro的千分之一。除此,对选用的引线,还应注意到:①耐温、耐绝缘,并有稳定的物理化学性能;②感温组件和引线的电阻温度系数应相近;③引线与热电阻丝之间有较小的热电动势。通常铂热电阻引线采用纯度为99。90,6以上的银丝。

F.传热误差

电阻温度计的测温方法属于接触测温法,感温组件必须浸没于被测介质中,其周围热量将通过热传导、热辐射传递到感温组件,从而引起测温误差。其大小与感温组件的自热效应、结构、体积、材料的导热系数、介质流动状况以及介质与感温组件的热交换系数、热辐射系数和散热系数等因素有关。并且,传热是一个复杂的综合性过程。从宏观上分析,适当增加电阻温度计的浸没深度,增大被测介质的对流散热系数,减小感温组件热传导系数,减小温度计保护管的横截面积,均能减小传热误差。在温度计结构、材料己定,对流散热系数和导热系数无法改善的情况下,只有随所测温度适当加大电阻温度计的浸没深度来减少此项误差。电阻温度计的径向热导率还与感温‘组件工作电流产生的自热效应成反比。

三、铂电阻温度计的内插方程

工业铂电阻温度计的内插方程与其温度系数、测温范围有关。对于温度系数为0.00385℃一,的工业铂电阻温度计,当测温范围为(-200--0)℃时,内插方程为:本项目在调研大量铂电阻温度计厂家的基础上,最终选定对铂电阻温度计有丰富研究经验的北京玻璃研究所生产的Pt100陶瓷骨架封装铂电阻温度计,经与其技术人员协商,对所购的Pt100进行了电阻筛选,保证所购十余支温度计在零摄氏度下的R。为100士0.02。即满足了所购十余支温度计在零摄氏度下的极差为0.1℃。所购铂电阻温度计已预先在厂家进行了热处理,并按三线制点焊加工了3m长高温镀银铜线,在陶瓷骨架之外按设计尺寸封装了不锈钢保护套。虽然对波电阻温度计在凡进行了初步筛选,为了全量程的准确度要求,后续还需从软硬件上对其进行全量程线性化处理。http://www.faloyin.com

 

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