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热电阻是一种基于电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度的传感器
热电阻(thermal resistor,又称RTD,Resistance Temperature Detector)是一种基于电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度的传感器,在中低温区(一般为-200℃~800℃)是最常用的温度检测器之一,具有测量精度高、性能稳定、灵敏度高、热响应时间快、质量稳定、寿命长、价格低、化学稳定性好、能耐高温、互换性和精确性高等特点。以下从工作原理、类型、接线方式、应用场景、常见故障及处理方法几个方面进行介绍:
工作原理
热电阻的工作原理基于导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的特性。当热电阻受到热源的影响时,其电阻值会增加,这种现象称为正温度系数(PTC);相反,当热电阻受到冷源的影响时,其电阻值会减小,这种情况被称为负温度系数(NTC)。通过测量热电阻两端的电压降,可以计算出其电阻值,进而得到温度读数。热电阻通常由纯金属材料制成,如铂、铜、镍、锰和铑等,这些材料能够响应温度变化并产生相应的电阻值变化。为了将电阻值转换为温度值,需要使用电子电路(如电桥)来测量电压降,并通过算法转换得到温度信息。
类型
普通型热电阻:通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成,具有测量准确度高、性能稳定可靠等优点。实际运用中以Pt100铂热电阻运用最为广泛。被测温度的变化直接由热电阻阻值的变化来测量,因此电阻体的引出线等各种导线电阻的变化将对温度测量产生影响。
铠装热电阻:由感温元件(电阻体)、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体,外径一般为φ2~φ8mm,最小可达φmm。与普通型热电阻相比,它体积小,内部无空气隙,热惯性小,测量滞后小;机械性能好、耐振,抗冲击;能弯曲,便于安装;使用寿命长。
端面热电阻:感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制,紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比,能更正确和快速地反映被测端面的实际温度,适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。
隔爆型热电阻:通过特殊结构的接线盒,把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内,生产现场不会引起爆炸。隔爆型热电阻可用于Bla~B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。
防腐热电阻:采用PTFE防腐材质,作为整体保护套或两节式套管,也可以直接在保护管上作该材质的防腐处理,分喷涂、烧结和套管密封三种形式。
接线方式
二线制:热电阻两端各连接一根导线引出电阻信号。测量时,电流通过导线和热电阻,根据欧姆定律,测量回路电流和热电阻两端电压得出电阻值,进而得到温度值。只适用于测量准确度较低的场合,在一些对温度测量精度要求不高的化工辅助系统中,如化工仓库的温度监测,环境温度变化范围小且对温度控制精度要求不高,二线制热电阻可满足基本监测需求,具有成本低、布线简单的优点。
三线制:热电阻根部一端连一根引线,另一端连两根引线。通常与电桥配套使用,将一根导线接到电桥电源端,其余两根分别接到热电阻所在桥臂及相邻桥臂上,使两桥臂引入相同引线电阻,电桥平衡时,引线电阻变化不影响测量结果,可较好消除引线电阻影响,广泛应用于工业过程控制。例如,化工生产中的反应釜温度控制是常见应用场景,如合成氨反应釜温度需控制在400~500℃,三线制热电阻可准确测量并传输温度信号,配合控制系统实现精准温度控制,保证反应正常进行,且布线相对简单、成本适中。
四线制:在热电阻根部两端各连接两根导线,其中两根引线为热电阻提供恒定电流,将电阻转换成电压信号,再通过另两根引线把电压引至二次仪表。主要用于高准确度的温度检测,例如大型LNG储罐内部测温用平均温度(四线制)能够精准反应罐内LNG的温差变化情况,实时监控数据信息。
应用场景
热电阻可直接测量各种生产过程中的液体、气体和固体表面温度,从零下20摄氏度到420余摄氏度均可应用,不仅用于工业温度测量,还可制成标准的基准温度计。
常见故障及处理方法
外观检查:看是否有明显的机械损伤、氧化、腐蚀等情况。同时,检查连接线是否牢固,线芯是否裸露,固定螺丝是否紧固。如果发现问题,应及时进行处理。
电阻值测量:断开热电阻的电源,然后将导线连接到热电阻的接线端子上,使用万用表测量热电阻的电阻值。一般情况下,热电阻的阻值会随着温度的变化而变化。因此,需要根据热电阻的类型和规格,查找相应的温度-电阻曲线,并根据测量结果计算出热电阻的实际温度。如果测量结果与实际温度相差较大,则说明热电阻可能存在问题,需要进行进一步检查。
绝缘电阻测量:断开热电阻的电源,然后将导线连接到热电阻的接线端子上,使用兆欧表测量热电阻的绝缘电阻。一般情况下,绝缘电阻应该大于100MΩ。如果绝缘电阻值较低,则说明热电阻可能存在漏电或短路等问题。
动作试验:将热电阻接入电源中,并使用导线连接到测试仪表上。如果需要测量温度变化,可以在恒温槽中加入适量的水,然后将热电阻放入其中,观察测试仪表的指示值是否与实际温度相符。同时,检查热电阻的输出信号是否稳定,是否有波动或噪声等问题。如果测试结果异常,则说明热电阻可能存在问题,需要进行进一步检查。