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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。
测温原理
二线制
如图 1。变送器通过导线 L
1
、L
2
给热电阻施加激励电流 I,测
得电势 V
1
、V
2
。
图1
计算得 R t:
由于连接导线的电阻 R
L1
、R
L2
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 ℃。
R
t
——热电阻
R
L1
——导线 L
1
的等效电阻
R
L2
——导线 L
2
的等效电阻
R
t
——热电阻
R
L1
——导线 L1 的等效电阻
R
L2
——导线 L2 的等效电阻
R
L3
——导线 L3 的等效电阻
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
R
L1
=R
L2
=R
L3
。通过导线 L
1、
L
2
给热电阻施加激励电流 I,测得电势
V
1、
V
2、
V
3
。导线 L
3
接入高输入阻抗
电路
模拟电路李宁答案12数字电路仿真实验电路与电子学第1章单片机复位电路图组合逻辑电路课后答案
,I
L3
=0。
图2
四线制
是热电阻测温理想的接线方式。如图 3,通过导线 L
1
、L
2
给
热电阻施加激励电流 I,测得电势 V
3
、V
4
。导线L
3
、L
4
接入高输入
阻抗电路,I
L3
=0,I
L4
=0,因此 V
4
-V
3
等于热电阻两端电压。
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。
R
t
——热电阻
R
L1
——导线 L1 的等效电阻
R
L2
——导线 L2 的等效电阻
R
L3
——导线 L3 的等效电阻
R
L4
——导线 L4 的等效电阻
图3
由此可得,四线制测量方式不受连接导线的电阻的影响。
热电阻的阻值 R t:
热电阻的电阻值:
温度测量应用知识
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冷端补偿
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 T
1
时(冷端温
度为 T
2
)的热电势 V
1
,同时用温度传感器(如 Pt100)测量冷端温
度值T
2
,计算得温度T
2
时该热电偶的热电势V
2
(冷端温度为0℃),
则V
1
+V
2
是该热电偶为冷端温度为0℃时,热端温度T
1
时的电势值。
测温原理
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。
图 4
图 5
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 E
CJ
,再根据热电偶分度表的电势值 E
o
,由
mV信号发生器模拟输出(E
o
-E
CJ
)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二个方面,无法
消除会带来测量误差。
图 6
精确测量法
如图 5。
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;
3、 保持容器内为冰、水混合态,保证冷端温度为 0℃。
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。
温度测量应用知识
热电偶输入变送器的精度测量方法
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。
热电偶测量温度