浅谈仪表中热电偶与热电阻的作用和区别

浅谈仪表中热电偶与热电阻的作用和区别

张玲

中国能源建设集团山西电力建设有限公司  山西省太原市  030000

摘要：在医药领域和化学工业,温度是常用的热动参数,需要进行工作过程温度控制。温度是伴随物料化学或物理变化的常规条件，热电偶与热电阻在温度测量的期间，作用基本相同，然而原理、特点和适用环境不同。此次研究主要是探讨分析仪表中热电偶与热电阻的作用和区别。

关键字:仪表;热电偶;热电阻;温度;区别

热电偶与热电阻在工业生产高温测控中是最常见的接触式测量,但是二者在操作原则、连接方法和测量范围中都有着明显不同,具体分析如下:

一、热电偶与热电阻的概述

1.1热电偶的概述

它是目前工业生产上最常见的高温测量器件之一,由于热电偶工作机理是采用赛贝克“seeback”效应,即二个截然不同成分的金属导线二端连接成电源回路内,若两个连接端温度变化,将在电源回路内形成热电流密度的物理现象。其好处是;测量更精确。由于热能偶径直和被测量对象相联系,而不受其中加热介质的温度影响[1]。

热电偶测温基本原理热电偶测量基本原理是把二个不同材质的金属电极或零点五导体连接一起,以形成一种闭合电路。因为两个不同金属材料相互之间所带的电子量有所不同,当两条电缆的两个执着点间产生温度差时,就会产生高电势或低电位的释放现象,从而在集成电路中产生大量电压,温度差越大,电压也越大,这个现象就叫做热电效应,又叫做塞贝克效应。而热电偶正是通过这一效果进行操作的。

    1.2热能偶冷端的环境温度补偿

由干热能偶的材质一般来说都较为贵重(尤其是选择贵金属材质时),而测温点到仪器的路离都很远,出于降低热能偶材质,成本,往往利用补充引线把热能偶的冷端(自由端)延续到温度变化相对平稳的调节室,链接在仪器端子上。但应当说明,由于热电偶补偿导线的主要功能只是起延长热阴极,将热能偶的冷端转移到调制室的仪器端子上,其自身功能并没有减少冷端温度改变时对测量结果的负面影响,也没有环境温度补偿功能。所以,还需要通过另外的调整方法,来赔偿在冷端环境温度t0/0℃时对测温结果的负面影响。在选用热电偶补偿导线时应该考虑与产品配合,且极性之间不得接错,并且补充引线和热电偶接线端之间的工作温度不得高于一百摄氏度。

1.2热电阻概述

热电阻是中温度区最常见的一个高温检测器。它的主要优点是计量精确,特性稳定。而且铂热电阻的测温精度是世界最大的,它不但应用于工业测量,还同时被设计成为国际标准的热基准仪。

材料热电阻的测试温度基本原理以及材料热电阻池温是根据金属导线的热电阻值随着工作温度的提高而增大这一特点,来实现高温测试的。热电阻大多由纯金板材生产,但目前使用较多的是铂和铜,另外,现在也已开始使用钴、锰和铑等金属材料生产热电阻。

二、热电偶与热电阻的区别与特点

2.1热电偶与热电阻的区别

2.1.1工作原理区别

热电偶测温基本原理是利用热电效果,把二个不同导线和零点五导体相连的封闭集成电路。由于二个接端位置环境温度的差异,在集成电路中就会产生热电势能差,也被叫做"seeback"效果。集成电路中所产生的高温电势,包括了接触电势与温差电势能。在其中,接触电势是指二个截然不同的导线在交流时,因为电子密度差异,会产生电子扩散现象,在得到平衡后所产生的建立电势,而接触电势能力决定于各个导线的材料特性和接触点工作温度[2]。

2.1.2热电偶结构和热电阻的差异

通用型热电偶构造分为电偶与套管、电子电气、热极和引线盒。热电偶结构一般使用带孔、耐热陶瓷管为电子电气,在常温的固化陶瓷气门或导管孔中引出热极。防护套管的材质,需要是密闭性好、力学能力好、耐高热、耐腐蚀性和导热系数好,主要考虑了金属材料、非金属材料和各种金属塑料。

2.1.3材质的差异

由于热电阻为金属材料,对高温敏感的情况更为明显。热电偶一般采用双金属材料,或使用不同的金属板材。但由于受金属材料的不同作用,所以在不同金属导线二端都会出现电势差。

2.1.4信号特性不同

热电阻本质是电流,环境温度不同,会引起电阻产生正阻抗系数和负阻抗系数改变。热电偶多产生感应电流改变,随着环境温度的不同而改变。

2.2工作特点

第一,热电偶优势在于测量区域广,热特性比较稳定,而且设置比较简单,移动响应速度很好。远传二十毫安电信号,即可完成集中化管理和智能化管理。

第二,热电阻的优点较多,能够远距离传递电信号,具有较高灵敏度和可靠性,其精度和互换性好。然而在电刺激下,无法测量瞬时的波动。

三、热电偶的分类与特点

国家标准热电偶根据国标中所要求的热电偶、热电势的温度控制情况,设计统一标准分度表,并规定热电偶的温度偏差,但应当限制在国家标准范围内。为补偿导线与标准热电偶的自由侧连接紧密,保护套管中必须使热皮质电极与外介质隔离,以此热电偶的工作可靠和平稳。

四、热电阻分类和特点

4.1按照热电阻组成结构分类

普通型热电阻:根据测电流测温理论就可以知道,所测的温度变化规律都是由热电阻值变化所反映的。因此热电阻所引起的导线电阻改变,对于温度测定的干扰特别大。为避免对导线温度的不良影响,对热电阻必须使用三线制、四线制的补偿方法

[3]。

盔装式热电阻:相对于传统铠装式热电偶而言,盔装式热电阻主要组成有不锈钢的套管、电子电气、热导线和感温器件。

端面式热阻力:端面热阻力感温器件是使用电阻丝绕制,处理手法较为特别,与温度计端面紧贴。相对于常规热电阻,端面型热电阻更能够反应出被测端部实际工作温度,也有助于测定轴衬断面的实际工作温度。

4.2按照热电阻材质分类

铂阻值:由于铂金有很大的阻值率,故阻值和温度之间呈非直线正相关关系。铂阻值的测量范围很宽,且检测精度高,材料的提纯困难少,重现性较好。对PT10而言,主要使用粗铂丝制作,可以用来测定超过六百℃的操作温度范围。在零℃情况下,由于PT100有功功率为一百,而PT十的有功功率则为10ω,所以比PT100更为适用。铂电阻的工作温度范围通常为-200℃-850℃之间,在超过五百五十℃的高温下操作,也可以使用在抗氧化过程中。在真空还原环境中,有功功率也可以迅速漂移[4]。

半导体热敏电阻:在一般情况下,半导体热敏电阻只能使用在对测温要求很低的环境中,一般在-50℃-350℃的温度段内。工业化国家普遍使用的零点五导体收音机热敏元件,作为温度传感器可以广泛应用于各种温度计算、温度补偿、家用电器、车辆等温度需要较低的工作环境中。目前我国热电阻、热电偶等均已根据IEC标准设计,并发展了不同标准化热电偶,已成为中国统一设计的标准热电偶。

五、热电偶与热电阻的实际应用领域区别

热电偶是热感应电动势随着温度变化而发生改变的元件,热电阻则是电流随着温度变化而发生变化的元件。热电偶利用热感应电动势随着温度变化而发生的改变进行计算,当测定温度愈高时,则热原子过程中的原子活动就愈活跃,热电势反应敏感性提高。由于热电偶要求补充线路的,而热电阻则无需补充线路,因此热电阻的价值远小于热电偶。虽然热电阻已广泛应用于工业领域,但是也由于测量范围的应用而受限制。热电阻测量需要电驱动,不能瞬时测量环境温度的。

六、结束语

综上所述,温度是工业中十分关键的基本参数控制指标,测温任务重点是热力产品中的温度控制。从实质上看,热电偶和热电阻的不同之处就是了解装置工作状况,有助于保障装置安全和平稳。热电偶多使用于在五百℃以上的高温测试中,而针对在五百℃以内的中温度地区测试,由于热电偶的直接产生热电位比较小,所以对二次仪表的抗干扰性能、扩散器等需求很高,以避免无法进行精确化测试。在中低温地区,由于冷端温度变动引起的偏差比价较明显。所以在测定中低气温地区时,大多使用热电阻等高温测试仪器。

参考文献：

[1]李亚蕊,曹玉玲,冀璐.浅谈仪表中热电偶与热电阻的作用和区别[J].中国信息学报道,2020(05).

[2]冷明祥,赵俊,唐晓东,李正关,胡月,王兴东.浅谈仪表中热电偶与热电阻的作用和区别[J].天津大学学报(社会科学版),2021(02).

[3]李亚男,曹继龙,张智杨.浅谈仪表中热电偶与热电阻的作用和区别[J].中国地质学报道,2020(05).

[4]程思橦.杨永才.蒋思恒.浅谈仪表中热电偶与热电阻的作用和区别[J].北京科技大学学报（社会科学版）,2021(02).