铂电阻温度传感器

综述

温度是表征物体冷热程度的物理量,它可以通过物体随温度变化的某些特性(如电阻、电压变化等特性)来间接测量。

通过研究发现,金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性,利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器,通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω,电阻变化 率为0.3851Ω/℃

铂电阻温度传感器精度高,稳定性好,应用温度范围广,是中低温区(-200~650℃)最常用的一种温度检测器。

铂电阻的温度系数TCR

按IEC751国际标准, 温度系数TCR=0.003851,Pt100(R0=100Ω)、Pt1000(R0=1000Ω)为统一设计型铂电阻。

铂电阻传感器的稳定性

铂电阻传感器有良好的长期稳定性,典型实验数据为:在400℃时持续300小时,0℃时的最大温度漂移为0.02℃。

铂电阻的自热和测试电流

常规产品的测试电流:

  • Pt100为1mA ;
  • Pt1000为0.5mA;

实际应用时测试电流不应超过允许值,例如Pt100当测试电流为1mA时,温升为0.05℃; 当测试电流为5mA时,温升为2.2℃,并且自热温升的数据同产品的结构也有很大的关系,如保护管的直径,内部填充物的种类,测试条件等。

引出导线规格

两线制

传感器电阻变化值与连接导线电阻值共同构成传感器的输出值,由于导线电阻带来的附加误差使实际测量 值偏高,用于测量精度要求不高的场合,并且导线的长度不宜过长。

(传感器电阻+导线电阻=实际测得电阻值)

三线制

要求引出的三根导线截面积和长度均相同,测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥,铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻,将导线一根接到电桥的电源端,其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上,当桥路平衡时,通过计算可知,Rt=R1R3/R2+R1r/R2-r,当R1=R2时,导线电阻的变化对测量结果没有任何影响,这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差,但是必须为全等臂电桥,否则不可能完全消除导线电阻的影响,但分析可见,采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差,工业上一般都采用三线制接法。

四线制

当测量电阻数值很小时,测试线的电阻可能引入明显误差,四线测量用两条附加测试线提供恒定电流,另 两条测试线测量未知电阻的电压降,在电压表输入阻抗足够高的条件下,电流几乎不流过电压表,这样就可以精确测量未知电阻上的压降,通过计算得出电阻值。

(用于测量电阻值较小的场合)

保护管

保护管的作用是为了保护温度传感器感温元件,不使其与被测介质直接接触,避免或减少有害介质的侵蚀, 火焰和气流的冲刷和辐射,以及机械损伤,同时还起着固定和支撑传感器感温元件的作用。在轻微腐蚀和一般工业应用中,304和316(316L)是用得最为广泛的不锈钢保护管材料,在我国由于考虑成本,321不锈钢也被大 量使用。

常用不锈钢保护管特性

响应时间

在温度阶跃变化时,温度传感器的输出变化至量程变化的50%所需要的时间称为热响应时间,用τ0.5表示。 影响τ0.5的因素与保护管材料、直径、壁厚有关,而且还与其结构形式、安装方法、置入深度以及被测介质的 流速、种类有关。
不同直径保护管的热响应时间(材质为不锈钢,水流速度为1m/s,测试数据为参考值)

绝缘电阻

常温绝缘电阻的试验电压可取直流10~100V任意值,环境温度在15~35℃范围内,相对湿度应不大于80%, 常温绝缘电阻值应大于100MΩ。

公称压力

一般是指在常温下,保护管所能承受的不至破裂的静态外压。承压数值的大小同保护管的材料、直径、壁 厚、焊缝强度等密切相关,例如直径4mm壁厚0.5mm的不锈钢管,常规产品可以承受10MPa的压力,经过特殊处理 也可承受40Mpa的高压。

综合误差

温度传感器在测量过程中的主要误差来源:

  • 传感器对分度表的误差;
  • 绝缘不良引起的误差;
  • 线路电阻引起的误差;
  • 测量仪表的误差以及传热误差、动态相应误差、干扰误差等。

其中有些误差是在一定条件下才会出现, 并且通过一定措施是可以消除和减小的。

测量结构

1. 装配式铂电阻
装配式铂电阻由外保护管、延长导线、测温电阻、氧化铝装配而成,产品结构简单,适用范围广,成本较低,绝大部分测温场合使用的产品均属装配式,其结构如下:

2. 铠装铂电阻
铠装铂电阻由电阻体、引线、绝缘氧化镁及保护套管整体拉制而成,顶部焊接铂电阻,产品结构复杂,价格较高,比普通装配式铂电阻的响应速度更快,抗震性能更好,测温范围更宽,并且长度方向可以弯曲,适用于刚性保护管不能插入或需要弯曲测量的部位测温,但必须注意的是由于顶部是测温元件所在位置,所以其端 部30mm是不得弯曲的,其结构如下:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–END–