耐溫元件溫度分析原理與故障分析

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1、熱電阻元件測(cè)溫原理和故障分析0引言熱電阻是中低溫區(qū)常用的一種測(cè)溫元件，在火力發(fā)電機(jī)組應(yīng)用十分廣泛，了解熱電阻的工作原理并將其應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)保證熱工測(cè)量的準(zhǔn)確可靠具有重要意義，本文通過介紹熱電阻元件測(cè)溫原理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)行常見故障分析。1熱電阻元件測(cè)溫原理及材料1.1熱電阻元件測(cè)溫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?，再通過測(cè)量電橋轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送至顯示儀表指示或記錄被測(cè)溫度就可以測(cè)量出溫度。金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，

2、即　Rt=Rt0[1+α(t-t0)]式中，Rt為溫度t時(shí)的阻值;Rt0為溫度t0(通常t0=0℃)時(shí)對(duì)應(yīng)電阻值;α為溫度系數(shù)。1.2熱電阻元件的材料從電阻隨溫度的變化來看，大部分金屬導(dǎo)體都有這個(gè)性質(zhì)，但并不是都能用作測(cè)溫?zé)犭娮?，作為熱電阻的金屬材料一般要求：盡可能大而且穩(wěn)定的溫度系數(shù)、電阻率要大（在同樣靈敏度下減小傳感器的尺寸）、在使用的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)物理性能、材料的復(fù)制性好、電阻值隨溫度變化要有間值函數(shù)關(guān)系（最好呈線性關(guān)系）。目前應(yīng)用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅：鉑電阻精度高，適用于中性和氧化性介質(zhì)，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫

3、度越高電阻變化率越小；銅電阻在測(cè)溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系，溫度線數(shù)大，適用于無腐蝕介質(zhì)，超過150℃易被氧化。1.3熱電阻元件的特點(diǎn)熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。2熱電阻的分類2.1按熱電阻元件的材料分類目前應(yīng)用最多的是鉑熱電阻和銅熱電阻，此外，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。其中最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等幾種，它們的分度號(hào)分別為Pt10、Pt100、Pt1000；銅電阻有R0=50Ω和R0=100Ω兩種，它們的分度號(hào)為Cu50和Cu100。其中Pt

4、100和Cu50的應(yīng)用最為廣泛。2.2按熱電阻元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類1）普通型熱電阻：通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成，具有測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際運(yùn)用中以Pt100鉑熱電阻運(yùn)用最為廣泛。2）鎧裝熱電阻：由感溫元件、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它有下列優(yōu)點(diǎn)：體形細(xì)長(zhǎng)，熱響應(yīng)時(shí)間快，抗振動(dòng)，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。3））隔爆型熱電阻：隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把接線盒內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引起爆炸。4）端面熱電阻：端面熱電阻感溫元件由特殊處理的

5、電阻絲纏繞制成，緊貼在溫度計(jì)端面。它和一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量表面溫度。3熱電阻的結(jié)構(gòu)形式如圖1所示熱電阻一般由測(cè)溫元件（電阻體或電阻絲）、保護(hù)管和接線盒三部分組成。圖1　熱電阻結(jié)構(gòu)圖3熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的組成及連接方式4.1熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的組成熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。4.2熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的連接方式目前熱電阻的引線主要有三種方式1）二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號(hào)的方式叫二線制：這種引線方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小和導(dǎo)線的材質(zhì)和長(zhǎng)

6、度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合　2）三線制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常和電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的最常用的引線電阻。3）四線制：在熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U，再通過另兩根引線把U引至二次儀表?？梢娺@種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測(cè)。4.3熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)如何減少線路電阻的影響熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)采用三線制可以減少或消除連接導(dǎo)線電阻

7、引起的測(cè)量誤差。這是因?yàn)闇y(cè)量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，其連接導(dǎo)線(從熱電阻到中控室)也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測(cè)量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及和其相鄰的橋臂上，消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測(cè)量誤差。4熱電阻的主要技術(shù)性能材料鉑銅使用溫度范圍/℃200-960-50-150電阻率0.0981-0.1060.017溫度系數(shù)0.003850.00428化學(xué)穩(wěn)定性在氧化介質(zhì)中穩(wěn)定，不能再還原介質(zhì)中使用。尤其在高溫環(huán)境下超過100℃

8、易氧化特性特性近于線性，性能穩(wěn)定，精度高線性較好，價(jià)格低廉，體積大應(yīng)用使用較高溫度的測(cè)量，可作標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫裝置適用測(cè)量低溫、無水、無腐蝕性介質(zhì)表1　熱電阻的主要技術(shù)性能