溫度測量儀表的工作原理

：電阻率，Ω·㎝ t：溫度，℃

a，b，c：常量（由試驗(yàn)確定），單位分別為Ω·㎝，Ω·㎝·℃－1，Ω·㎝·℃－2

目前，用于熱電阻的材料主要有鉑、銅、鎳等，采用這些材料主要是它們在常用溫度段的溫度與電阻的比值是線性關(guān)系，我們這里主要介紹鉑電阻溫度計(jì)。

鉑是一種貴金屬，它的物理化學(xué)性能很穩(wěn)定，尤其是耐氧化能力很強(qiáng)，它易于提純，有良好的工藝性，可以制成極細(xì)的鉑絲，與銅，鎳等金屬相比，有較高的電阻率，復(fù)現(xiàn)性高，是一種比較理想的熱電阻材料，缺點(diǎn)是電阻溫度系數(shù)較小，在還原介質(zhì)中工作易變脆，價(jià)格也較貴。鉑的純度通常用百度電阻比 來表示：

W(100)=R100/R0

R100 ：100℃時(shí)的電阻值 R0 ：0℃時(shí)的電阻值

根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，采用W(100)=1.3850 初始電阻值為R0=100Ω（R0=10Ω）的鉑電阻為工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻，R0=10Ω的鉑電阻溫度計(jì)的阻絲較粗，主要應(yīng)用于測量600℃以上的溫度。鉑電阻的電阻與溫度方程為一分段方程：

Rt=R0[1+At+Bt2＋C(t－100℃)t3] t 在－200～0℃

Rt=R0(1+At+Bt2) t 在0～850℃

解此方程，則可根據(jù)電阻值知道溫度值，但實(shí)際工作中，我們可以查熱電阻分度表來根據(jù)電阻值確定溫度值。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鉑熱電阻分為A級和B級，A級測溫允許誤差±（0.15℃＋0.002|t|）, B級測溫允許誤差±（0.3℃＋0.005|t|）

現(xiàn)場使用的熱電阻一般都是鎧裝熱電阻，它是由熱電阻體、絕緣材料、保護(hù)管組成，熱電阻體和保護(hù)管焊接一起，中間填充絕緣材料，這樣能夠很好的保護(hù)熱電阻體，耐沖擊，耐震，耐腐蝕。如右圖1所示。
鉑熱電阻有兩線制，三線制，四線制幾種，兩線制在測量中誤差較大，已不使用，現(xiàn)在工業(yè)用一般是三線制的，實(shí)驗(yàn)室用一般為四線制。這里主要介紹下三線制鉑熱電阻的接線。如下圖2所示，三線制鉑熱電阻是在電阻的a端并聯(lián)一個(gè)c端，從而實(shí)現(xiàn)電阻引出a，b，c三個(gè)接線端子，這樣，由b導(dǎo)線引入的測量導(dǎo)線本身的電阻，可以由c導(dǎo)線來補(bǔ)償，使引線電阻不隨溫度變化而引入的引線電阻誤差的影響減小很多。在秦山二期使用的三線制鉑熱電阻，在二次儀表中，均有可變阻值的電橋，根據(jù)所配合的鉑熱電阻的量程不同，可以對二次儀表的電橋中的鉑熱電阻進(jìn)行微調(diào)，能進(jìn)行更精確的測量。
1.2 熱電偶溫度儀表
熱電偶溫度計(jì)是利用熱電效應(yīng)來測量溫度的，熱電效應(yīng)：兩種不同材料的導(dǎo)體組成一個(gè)回路時(shí)，如果兩端結(jié)點(diǎn)溫度不同，則回路中就將產(chǎn)生一定大小的電流，這個(gè)電流的大小與導(dǎo)體材料以及結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。兩個(gè)結(jié)點(diǎn)一個(gè)為T端，測量端，一個(gè)為T0端，參比端，如右圖3所示。在實(shí)際測量中，熱電偶產(chǎn)生的毫伏信號要用較精密的毫伏表或I/O卡件測量。

根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，目前使用的熱電偶主要有鉑銠10－鉑 ，鎳鉻－鎳硅，鎳鉻－銅鎳，鉑銠30－鉑銠6，等幾種熱電偶，他們都具有熱電性能穩(wěn)定，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，不易被氧化和腐蝕，電阻溫度系數(shù)小，電導(dǎo)率高，材料的熱電動(dòng)勢隨溫度為線性變化，材料工藝性好，易加工等特點(diǎn)。目前秦山二期使用的是鉑銠10－鉑，鎳鉻－鎳硅兩種熱電偶，現(xiàn)在熱電偶均為鎧裝熱電偶，結(jié)構(gòu)與鎧裝熱電阻雷同，也是由熱電偶體，絕緣材料，保護(hù)管構(gòu)成。

圖5：中間溫度定律

熱電偶在應(yīng)用中，主要有兩個(gè)基本定律：中間導(dǎo)體定律和中間溫度定律。

中間導(dǎo)體定律：如右圖4所示，將A,B材料構(gòu)成的熱電偶的T0端拆開，引入第三種導(dǎo)體C，那么回路種的總電動(dòng)勢為EABC(T,T0)=EAB(T)－EAB(T0),即第三種導(dǎo)體兩端溫度相同時(shí)，不對原先的熱電偶的電動(dòng)勢造成影響

圖6：熱電偶測量

中間溫度定律：在熱電偶回路種，兩結(jié)點(diǎn)溫度為T,T0時(shí)的熱電動(dòng)勢，等于該熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為T,Ta和Ta,T0時(shí)熱電動(dòng)勢的代數(shù)和。EAB(T,T0)=EAB(T, Ta)－EAB(Ta,T0)

利用熱電偶的中間導(dǎo)體定律和中間溫度定律，我們可以將熱電偶T0端拆開，接入測量用毫伏表，并可在遠(yuǎn)處測量。如圖6。為了將熱電偶的參比端引到恒定溫度T0處或者補(bǔ)償器中，需要延長熱電偶，為了節(jié)約貴重金屬或臨時(shí)延長，我們常用補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行延長。補(bǔ)償導(dǎo)線就是用熱電性質(zhì)與工作熱電偶相近的材料制成導(dǎo)線，用它將熱電偶的參比端延長到所需要的地方，而且不會(huì)