温度变送器的温度测量应用知识
热电偶_热电阻
温度变送器的温度测量应用知识 2019-05-29 温度变送器的温度测量应用知识 243

温度变送器的温度测量分为两种:热电阻测量和热电偶测量。


一、热电阻测量温度


热电阻(如Pt100)是利用其电阻值随温度的变化而变化这一原理制成的将温度量转换成电阻量的温度传感器。


温度变送器通过给热电阻施加一已知激励电流测量其两端电压的方法得到电阻值(电压/电流),再将电阻值转换成温度值,从而实现温度测量。热电阻和温度变送器之间有三种接线方式:二线制、三线制、四线制。

 

(1)二线制

如图1,变送器通过导线L1、L2给热电阻施加激励电流I,测得电势V1、V2。

温度变送器的温度测量应用知识

计算得Rt:温度变送器的温度测量应用知识


由于连接导线的电阻RL1、RL2无法测得而被计入到热电阻的电阻值中,使测量结果产生附加误差。如在100℃时Pt100热电阻的热电阻率为0.379Ω/℃,这时若导线的电阻值为2Ω,则会引起的测量误差为5.3℃。

 

(2)三线制

是实际应用中最常见的接法。如图2,增加一根导线用以补偿连接导线的电阻引起的测量误差。三线制要求三根导线的材质、线径、长度一致且工作温度相同,使三根导线的电阻值相同,即RL1=RL2=RL3。通过导线L1,L2给热电阻施加激励电流I,测得电势V1、V2、V3。导线L3接入高输入阻抗电路,IL3=0。

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计算得Rt:温度变送器的温度测量应用知识


由此可得三线制接法可补偿连接导线的电阻引起的测量误差。

 

(3)四线制

是热电阻测温理想的接线方式。如图3。通过导线L1、L2给热电阻施加激励电流I,测得电势V3、V4。导线L3、L4接入高输入阻抗电路,IL3=0,IL4=0,因此V3-V4等于热电阻两端电压。

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计算得Rt:温度变送器的温度测量应用知识


由此可得,四线制测量方式不受连接导线的电阻的影响。

 

二、热电偶测量温度


把两种不同材质的导体A和B焊接起来,如图4,当连接点(热端)的温度和导体另一端(冷端,亦称参比端)的温度不同时,会在冷端产生热电势。 热电偶就是利用这一现象将温度量转换成电势量的温度传感器。


如果热电偶的冷端温度保持恒定(比如为0℃),则输出热电势和热端温度值成一一对应关系。温度变送器通过测量热电偶输出端的电势差,再将电势差转换成温度,从而实现温度测量。

温度变送器的温度测量应用知识

 

热电偶的输出热电势取决于热端和冷端之间的温度差,而在实际测量中,热电偶冷端的温度经常发生变化,如果不对这种变化进行补偿,即使热端的温度恒定不变,冷端的温度变化也会引起热电势的变化,使热电势不能真实反映热端的温度,从而引起测量误差。


冷端补偿原理如下:测量某热电偶热端温度为T1时(冷端温度为T2)的热电势V1,同时用温度传感器(如Pt100)测量冷端温度值T2,计算得温度T2时该热电偶的热电势V2(冷端温度为0℃),则V1+V2是该热电偶为冷端温度为 0℃时,热端温度T1时的电势值。


由于涉及冷端补偿问题,有时不正确的测量往往认为温度变送器的精度超差。正确测量热电偶变送器的方法有两种:一种为精确测量法,另一种为实用测量法。

 

(1)精确测量法

① 补偿导线采用与测量热电偶相对应的补偿导线;

② 用mV信号发生器模拟热电偶信号;

保持容器内为冰、水混合态,保证冷端温度为0℃。


如图5,根据热电偶分度表上对应的电势值,直接由毫伏信号发生器模拟热电偶输出信号,测量输出4~20mA电流信号,计算变送器的测量精度。这种测量方法可消除测量过程中冷端温度变化引起的测量误差,但补偿导线本身误差引起的测量误差还是无法消除。这种方法一般在试验室测量中应用。

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(2)实用测量法

如图6,在输入端放置一个温度计,测得冷端温度值,由分度表查得此温度电势值ECJ,再根据热电偶分度表的电势值EO,由mV信号发生器模拟输出(EO-ECJ)值,即模拟热电偶的输出,测量输出4~20mA电流信号,计算变送器的测量精度,这种方法还存在着环境温度变化和温度计测量冷端温度误差两个方面,无法消除会带来测量误差。

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