溫度傳感器的應用技術

馬 林，劉 祥

（河南工業職業技術學院，南陽醫學高等專科學校，河南南陽473009）

1 概述

溫度傳感器不僅應用于科研和工農業生產，而且是與人們生活緊密相關的一個重要物理量。溫度傳感器是利用材料、元件的溫度特性測溫，要求材料只對溫度敏感，且重復性好，滯后和時效小，靈敏度和精度高，性能穩定、可靠等。常用的有熱電偶、熱電阻。

2 溫度測量的方法

2.1 熱電阻

熱電阻是利用導體電阻隨溫度變化這一特性來測量溫度的，在測溫和控溫中廣泛應用。熱電阻種類較多，常用的有鉑電阻和銅電阻。鉑絲是制作熱電阻的最好材料，物理、化學性能非常穩定，測量精度高。鉑電阻主要用于制作標準電阻溫度計。常用的有Pt100，測溫范圍為-200～960℃。但鉑在高溫下，易受還原性介質污染，使鉑絲變脆并改變鉑絲電阻與溫度間的關系，因此使用時應裝在保護套管中。銅絲的特點是價格便宜、純度高、復制性好，線性特性僅次于鉑，比鉑電阻有較高的靈敏度，常用來制作-50～＋150℃范圍內的工業用電阻溫度計。其缺點是電阻率較低，容易氧化，只能用在較低溫度和沒有水份及腐蝕性的介質中。

熱電阻的測量方法有恒壓法和恒流法兩種。恒壓法是保持熱電阻兩端的電壓恒定，測量電流變化的方法，恒流法是保持流經熱電阻的電流恒定，測量其兩端電壓的方法。恒壓法的電路簡單，并且組成橋路就可進行溫漂補償，使用廣泛，但電流與鉑熱電阻的阻值變化成反比，當用于很寬的測溫范圍時，要特別注意線性化問題。恒流法的電流與鉑熱電阻的阻值變化成正比，線性化方法簡便，但要獲得準確的恒流源，電路比較復雜。熱電阻測溫電路是電橋，但采用普通電橋會因連接導線電阻受環境溫度變化造成測量誤差。消除這種誤差的方法可以用三線制或四線制電橋。

具有相同的長度和電阻溫度系數的兩根導線，分別接在相鄰臂內，溫度引起的電阻變化相同，根據差動電橋原理，不會影響電橋的輸出。第三根導線接在檢流計或電源回路中，影響極小。電路的缺點是調零電阻串在橋臂中，其觸頭的接觸電阻可能導致電橋的零點不穩。

圖1 熱電阻的三線制測溫電橋

2.2 熱電偶

熱電偶測溫范圍高，是工業上常用的測溫元件，下限達-270°C，上限達 1800°C 以上，它屬于自發電型傳感器，測量時可以不需外加電源，可直接驅動動圈式儀表。在使用熱電偶測溫時，必須能夠熟練地運用熱電偶的參考端處理方法、安裝方法、測溫電路、測溫儀表及在表面測溫時的焊接方法等實用技術。熱電偶的參考端處理：熱電偶工作時，必須保持參考端溫度恒定，并且熱電偶的分度表是以參考端溫度為0℃作出的。因在工程測量中參考端距離熱源近，且暴露于空氣中，易受被測對象溫度和環境溫度波動的影響，使參考端溫度難以恒定而產生測量誤差。為了消除這種誤差，可采取溫度補償或修正措施。參考端恒溫法：將熱電偶的參考端放在有冰水混合的保溫瓶中，可使熱電偶輸出的熱電動勢與分度值一致。工業現場可將參考端置于盛油的容器中，利用油的熱惰性使參考端保持接近室溫。

補償導線法：采用補償導線將熱電偶延伸到溫度恒定或溫度波動較小處。為了節約貴重金屬，熱電偶電極不能做得很長，但在0～100℃范圍內，可以用與熱電偶電極有相同熱電特性的廉價金屬制作成補償導線來延伸熱電偶。在使用補償導線時，必須根據熱電偶型號選配補償導線，補償導線與熱電偶兩接點處溫度必須相同，極性不能接反，不能超出規定使用溫度范圍。利用熱電偶測量大型設備的平均溫度時，可將熱電偶串聯或并聯使用。熱電偶表面測溫在300℃以下用熱電偶測量物體表面溫度，可用粘接劑將熱電偶結點粘附于金屬壁面；在溫度較高時，常采用焊接方法把熱電偶頭部焊于金屬壁面。一般熱電偶的插入深度應為：金屬保護管直徑的15～20倍，非金屬保護管的10～15倍。對細管道內流體的溫度測量應尤其注意。

3 結束語

熱電偶傳感器適用于測量500℃以上的高溫，對于500℃以下的中、低溫的測量就會遇到熱電動勢小、干擾大和參考端溫度引起的誤差大等困難，為此常用熱電阻作為測溫元件，在使用溫度傳感器測溫時，必須能夠熟練地運用安裝方法、測溫電路、測溫儀表及在表面測溫時的焊接方法等實用技術，這樣才能充分應用溫度傳感器達到測量溫度的目的。

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