首先(xiān)我們了解下溫度變送器的由來:由于感溫元件種類繁多,其信号輸出的類型也多,爲了便于自動化(huà)檢測,因此對各種溫度傳感器的信号輸出做了統(tǒng)一的規定(dìng),也就是爲統一(yī)的4~20mA信号。爲了使各種溫度傳感器的(de)輸出能統一爲4~20mA的(de)信号,所以使用了(le)溫度變送器。利用溫度變送器來使輸入的各種電阻和電勢信号,變成統一的4~20mA的(de)電流信(xìn)号,這就是溫度變送器的由來。
溫度變送器完成測量(liàng)信号的采集後(hòu),轉化成統一的4~20MA電流信号輸出(chū), 同時還(hái)起到隔離的作用(yòng)。
溫度(dù)變送器按工作原理分類,主要是熱敏元件的(de)不同(tóng), 有:熱電偶,熱電阻(金(jīn)屬),和半導體熱敏電(diàn)阻。
一體(tǐ)化(huà)溫度變送(sòng)器(qì)将溫度傳感元件(熱電阻或熱電偶)與(yǔ)信号轉換放大單元有機集成(chéng)在一起,用來測量各種工藝過(guò)程中-200-1600℃範圍内的液體、蒸汽(qì)及其它氣體(tǐ)介質或固體表面的溫度。它通常和顯示儀表、記錄儀表以及各種控制系統配套(tào)使用。
溫度傳(chuán)感器(qì)受溫度影響産生電阻或電勢效應(yīng),經轉換産生一個差(chà)動電壓信号。此信号經放大(dà)器放大,再經電壓、電流變換,輸出與量程(chéng)相對應的 4-20mA的電流信号(hào)。
熱電偶一般用于中高溫的測量,而熱電阻主要是低溫的測量。采用何種,具體看(kàn)看(kàn)下面的介紹:
1.熱電(diàn)偶(ǒu)
熱電偶是工業(yè)上常用的溫(wēn)度檢測元件之一,熱電偶工作原理是基(jī)于賽貝克(seeback)效應(yīng),即兩種不同成分的(de)導體兩(liǎng)端連接成(chéng)回路(lù),如兩連接端溫度不同,則在回(huí)路内産生(shēng)熱電流的物理現象。其優(yōu)點是:①測量精度高。因熱電偶(ǒu)直接與被測對象接觸,不(bú)受中間介質的影響。②測量範圍廣(guǎng)。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續測量,某些特殊熱(rè)電(diàn)偶低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻(gè)), 可達+2800℃(如鎢-铼)。③構造簡單,使用方便。熱電偶通常是由(yóu)兩種不同的金屬絲組成(chéng),而且不受大小和開頭的限制,外有保護套管,用起來非(fēi)常方便。
1.1熱(rè)電偶測溫(wēn)基本原理:将(jiāng)兩種(zhǒng)不同材料的導體或半導(dǎo)體A和B焊(hàn)接起來,構成一個閉合回路。當(dāng)導體A和B的兩個執着點1和2之間存在(zài)溫差時,兩者之間便(biàn)産生電動勢,因而在回路中形(xíng)成一個大小的電流,這種現象稱爲(wèi)熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。
1.2熱電偶的種類及結構形成(chéng)
(1)熱(rè)電偶的種類(lèi):常用熱電偶可分爲标準熱電偶和非(fēi)标準熱電偶兩大類。所(suǒ)調用标準(zhǔn)熱電偶是指(zhǐ)國家标準規定了其(qí)熱電勢與溫度(dù)的關系、允(yǔn)許誤差、并有統一的标準分度表的熱電偶,它(tā)有與其配(pèi)套的顯示儀表可供選用。非标準(zhǔn)化熱電偶在使用範圍或數量級上均不及标(biāo)準化熱電偶,一般也沒有統一的分度表,主要用于(yú)某些特殊場合的測量。标(biāo)準化熱電偶我國從1988年1月1日起,熱電偶和熱(rè)電阻全部按IEC标準生産,并S、B、E、K、R、J、T七種标準化熱電偶(ǒu)爲我國統一設計型熱電偶(ǒu)。
(2)熱電偶的(de)結構形式爲了保證熱電偶可靠、穩定地工作(zuò),對它(tā)的結構要求(qiú)如下:①組成熱電偶(ǒu)的兩個熱電極的焊接必須牢固;②兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣(yuán),以防短路;③補償導線與熱電偶自由端的連接要方便(biàn)可靠;④保護套管應能保證熱(rè)電極與有害介質充分隔離。
1.3.熱電偶冷端的(de)溫(wēn)度補償:由于熱(rè)電偶的材(cái)料一般都比較貴重(特别是采(cǎi)用貴金屬時(shí)),而測溫點到儀表的距離都很遠,爲了節省熱電偶材(cái)料,降低成本,通(tōng)常采用補償導線把熱電偶的冷端(自由(yóu)端)延伸到溫度比較穩定的控制室内,連接到儀表端子上。必須指出,熱電偶補償導線的作用隻起延(yán)伸熱電極,使熱電偶(ǒu)的冷端移動到控制(zhì)室的儀表端子上,它(tā)本身并不能(néng)消除冷端溫度變化對測溫(wēn)的影響,不起補償作用。因此(cǐ),還需采用其他修正(zhèng)方法來補償(cháng)冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。在使用(yòng)熱電偶補償導(dǎo)線時必須(xū)注意型号(hào)相配,極性不能接錯(cuò),補償導線與熱(rè)電偶連接端的溫度不能超過100℃。
2.熱電阻
熱電阻(zǔ)是中低溫區常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度(dù)高,性能穩定。其中鉑熱是阻的測量度是高的(de),它不僅廣(guǎng)泛應用于工業測溫,而且被(bèi)制成标準的基(jī)準(zhǔn)儀。
2.1、熱電阻測溫原理及材料:熱電阻測(cè)溫是基于金(jīn)屬導體的電阻值随溫度的增加而增加這(zhè)一特性來進行溫度測量的。熱電(diàn)阻大都由純金屬材(cái)料(liào)制成,目前應用多的是鉑和銅,此外,現在已開始采用鎳、錳和铑等材料制造熱(rè)電阻。
2.2、熱電阻的類型(xíng):
1)普通型熱電(diàn)阻:從(cóng)熱電阻的測溫原(yuán)理可(kě)知,被測溫度的變化是直接通過熱電阻(zǔ)阻值的變化來測量(liàng)的,因此,熱電阻體的引出線等各種導線(xiàn)電阻的變(biàn)化會給溫度測量帶來影響。
2)铠裝熱電阻:铠(kǎi)裝熱電阻是由感(gǎn)溫元件(電阻體)、引線、絕緣材料、不鏽(xiù)鋼套(tào)管組(zǔ)合而成的堅實體,它的外徑一般(bān)爲φ2--φ8mm,小可達φmm。與普通型熱電阻(zǔ)相比,它有下列(liè)優點:①體積小,内部無(wú)空氣(qì)隙,熱慣性上,測量滞後小;②機械(xiè)性能好、耐振,抗沖擊;③能彎曲,便于安裝④使用壽命長。
3)端面熱電阻:端面熱(rè)電阻感溫元(yuán)件由特殊處理的電阻(zǔ)絲材繞制(zhì),緊貼(tiē)在溫度計端面(miàn)。它與(yǔ)一般軸向(xiàng)熱電(diàn)阻相比,能更正确和快速地反映被測端(duān)面的實際溫度,适用于測量軸(zhóu)瓦和其他機件的端面溫度。
4)隔爆型熱電阻:隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構的接線盒,把其外殼内部爆炸性混合氣體因受(shòu)到火(huǒ)花(huā)或電弧等影響而發生的爆炸局限在接線盒(hé)内,生産現場不會引超爆炸。隔爆型熱電(diàn)阻可用于Bla--B3c級區内(nèi)具有爆炸危險場所的溫度測量。