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        淺談關于熱敏電阻與熱電阻定義、操作理念以及理想精度

        發布時間:2019-06-29 12:29:02來源:


              熱敏電阻和熱電阻是用于測量現代供暖,通風,空調和制冷(HVAC / R)系統中溫度的設備。兩種器件的電阻取決于它們的溫度。測量每個設備的電阻可以確定任一傳感器的環境溫度。每個設備都有權衡,讓我們看看它們是什么。下面上海自動化儀表三廠的專家為您淺談關于熱敏電阻與熱電阻定義、操作理念以及理想精度。
        什么是熱電阻定義,它的操作理念是什么的,它的理想精度是多少?
              數百年來,已知金屬隨著溫度的升高而增加電阻。電阻溫度檢測器(熱電阻)是基于金屬的溫度傳感器,可利用這種電阻變化。熱電阻可以由許多不同的金屬制成(見表1)。
              電阻溫度系數定義為熱電阻在100°C下的電阻減去0°C時的電阻除以100.然后將結果除以0°C時的電阻。電阻溫度系數是從0°C到100°C的平均電阻變化,從0°C到100°C的每個度數的實際變化非常接近但與之不同。
              對于給定的溫度變化,銅具有最大的線性電阻變化。銅的低電阻使得難以測量溫度的微小變化。鎳在溫度變化時的電阻變化很大。鎳不是一種非常穩定的材料; 它的阻力因批次而異。雖然鎳比鉑便宜得多,但穩定鎳所需的額外工藝使得鎳傳感器比鉑更昂貴。
        鉑金已成為精密測溫的事實標準。它具有相當高的電阻,具有良好的溫度系數,不會與空氣中的大多數污染氣體發生反應,并且在批次之間非常穩定。
              1871年,Werner von Siemens發明了鉑電阻溫度檢測器,并提出了三項插值公式。由于溫度讀數不穩定,上海自動化儀表三廠的熱電阻迅速失寵。
              Hugh Longbourne Callendar于1885年開發出第一個商業上成功的鉑熱電阻.Callendar發現上海自動化儀表三廠使用的絕緣體使鉑金脆化,引起內部應力,導致溫度不穩定。Callendar更換了絕緣體材料,并在高于所需最高測量溫度的溫度下退火熱電阻。
              1886年,Callendar撰寫了一篇論文,討論了他的熱電阻,并提出了一個三階方程,定義了熱電阻在0到550°C溫度范圍內的電阻。1925年,國家標準局(現為NIST)的研究員Milton S. Van Dusen將該配方擴展到-200°C,同時研究制冷絕緣測試方法。
              Callendar-Van Dusen方程已經存在了100年,盡管它不適合鉑熱電阻。Callendar和Van Dusen在現代數字計算機出現之前就完成了他們的工作。他們不能使用比三階方程更多的東西,因為他們必須手動求解方程。他們使用了一個相當準確的方程式,可以在人的一生中解決。
              1968年,國際電工委員會認識到Callendar-Van Dusen方程的缺點,定義了100歐姆鉑熱電阻的電阻與溫度曲線的20項多項式方程(對于1,000歐姆熱電阻,只需乘以10)。在Callendar和Van Dusen的一天,一個20項多項式需要幾天才能解決每個溫度點。數字計算機的到來使得解決這樣一個方程變得微不足道。
              IEC 751是國際電工委員會的標準,它定義了100?,0.00385?/?/°C鉑熱電阻的溫度與電阻的關系。1,000?,0.00385?/?/°C鉑熱電阻定義為IEC 751規格的十倍。IEC 751定義了兩類熱電阻; A類和B類.A類熱電阻的工作溫度范圍為-200°C至650°C。B類熱電阻的工作溫度范圍為-200°C至850°C。B類熱電阻的A類熱電阻的不確定性大約是其兩倍。見圖1。
        A類和B類熱電阻的不確定性方程是; 
              允許的不確定度 - A°C =±(0.15 + 0.002T)
              允許的不確定度 - B°C =±(0.3 + 0.005T)
              其中T =所需溫度,單位為攝氏度。
              熱電阻傳遞函數可以在圖1的限制線之間的任何地方變化.熱電阻的傳遞函數不是完全線性的。仔細檢查電阻與溫度的關系表顯示,每100°C,溫度約為0.45°C。圖2顯示了1K?0.00385 熱電阻電阻與溫度曲線的藍線,紅線表示理想的直線響應。
        圖1:熱電阻不確定性
        圖2:顯示熱電阻電阻“弓形”的熱電阻傳遞函數
        什么是熱敏電阻定義,它的操作理念是什么的,它的理想精度是多少?
              熱敏電阻是一種隨溫度變化其電阻的電氣設備(熱敏電阻是熱敏電阻的短路)。電阻隨溫度的變化遵循經典的對數曲線(見圖3)。
              熱敏電阻由粉末金屬氧化物的混合物制成; 食譜是各種熱敏電阻制造商密切關注的秘密。粉末狀金屬氧化物充分混合并形成熱敏電阻制造過程所需的形狀。加熱形成的金屬氧化物直至金屬氧化物熔化并變成陶瓷。大多數熱敏電阻由切成單個傳感器的薄陶瓷片制成。通過在其上放置引線并浸入環氧樹脂或封裝在玻璃中來完成熱敏電阻。
              Samuel Ruben于1930年發明了熱敏電阻.Ruben先生在Vega制造公司工作。Vega制作吉他,班卓琴和錄音機。Ruben先生正在研究電子唱機手寫筆拾音器,他發現他正在研究的拾音器配置具有相當大的負溫度系數。
              在過去的80年里,熱敏電阻已經走過了漫長的道路。根據美國國家標準與技術研究院(NIST)的研究人員的說法,玻璃封裝的熱敏電阻比熱電阻更穩定。無論是玻璃還是環氧樹脂涂層的熱敏電阻都可以在很大的溫度范圍內保持±0.2°C。超精密(XP)熱敏電阻保持±0.1°C。
              到20世紀60年代,熱敏電阻是主流傳感器。伍茲霍爾海洋研究所的兩位研究人員斯坦哈特和哈特發表了一篇論文,定義了熱敏電阻的溫度與電阻公式。Steinhart-Hart方程已成為熱敏電阻的行業標準公式。
        經典的Steinhart和Hart方程具有以下形式:
              1 / T = A0 + A1(lnR)+ A3(lnR)3 
        其中:T =開爾文的溫度(開爾文=攝氏+ 273.15)
              A0,A1,A3 =源自熱敏電阻的常數測量
              R =熱敏電阻的電阻,單位為歐姆
              ln =自然對數(記錄到Napierian基地2.718281828 ...)
              在實踐中,在三個限定的溫度下進行三次熱敏電阻器電阻測量。這些溫度通常是兩個端點和感興趣的溫度范圍的中心點。該等式直接擊中這三個點,并且在該范圍內具有小的誤差。BAPI可以在0°C至70°C的溫度范圍內提供Steinhart-Hart系數,其不確定度為0.01°C或更低。
              熱敏電阻沒有行業或政府標準。在HVAC / R世界中,10K熱敏電阻至少有5種不同的溫度與電阻曲線。所有熱敏電阻在77°F或25°C時都具有10,000歐姆的電阻,但是當您遠離77°F時,它們的變化很大。BAPI的10K-2和10K-3熱敏電阻在77°F時具有10,000歐姆的電阻。在32°F(0°C)時,10K-2熱敏電阻具有32,650歐姆的電阻和10K-3 29,490歐姆。如果用10K-3熱敏電阻代替10K-2,則在32°F時可能會產生6°F的測量誤差。
              熱敏電阻的溫度變化非常大。區分一個程度和另一個程度相對容易。這種大的電阻變化將可以解決的溫度范圍限制為熱電阻可以解決的溫度范圍的一小部分。
        熱電阻和熱敏電阻的精度和溫度范圍如何比較?
              在熱敏電阻工作溫度范圍內,熱敏電阻通常比B類熱電阻更精確,類似于A類熱電阻。
        圖3:熱敏電阻和熱電阻的精度限制和可用溫度范圍
        熱電阻和熱敏電阻還有其他應用限制嗎?
              用于將溫度傳感器連接到測量設備的接線增加了電阻和測量誤差。
              通常使用18號銅線將傳感器連接到其測量設備。在20°C(43°F)溫度下,18線規電線每1000英尺電線的電阻為6.4歐姆。在140°F(70°C)時,每1000英尺電線,18號線的電阻為7.7歐姆。表2顯示了如果您希望在?°F或更低溫度下保持接線錯誤,可以使用多少電線。
              表2中的接線錯誤說明了溫度變送器與熱電阻一起使用的原因。只有發射器才允許合理的接線長度。變送器將熱電阻電阻更改為與熱電阻溫度成比例的4至20 mA電流信號。必須建立溫度范圍; 4 mA輸出對應最低溫度,20 mA對應最高溫度。任何中間溫度只是4 mA至20 mA的線性比例。發射器必須距離熱電阻位置10英尺。發射器距離測量設備最遠可達77,000英尺。
              溫度變送器的溫度范圍為16.6°C(30°F)至555°C(1,000°F),溫度范圍為4mA,溫度范圍為-150°C(-238°F)至482°C(900°F)。額外收費的熱電阻和變送器可以匹配跨度范圍內的測量誤差為0.05°C(0.1°F)。
        那么傳感器更好,熱電阻還是熱敏電阻?這取決于。
              熱敏電阻的成本低于熱電阻。
              熱敏電阻測量的溫度與熱電阻相同或更高的精度。
              熱敏電阻不需要額外的發射器成本。
              熱電阻具有比熱敏電阻大得多的溫度測量范圍。
              變送器至少增加100美元的熱電阻成本。相關產品推薦:上海自動化儀表四廠、K型熱電偶、磁翻板液位計、雷達液位計 電磁流量計 超聲波流量計 孔板流量計 磁翻板液位計 壓力變送器 渦街流量計
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