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热电阻式传感器在冶炼行业炉温测量中的应用电气自动化14-3班 学号 姓名：任伟杰摘要：在钢铁冶炼过程中，炉内温度是一项重要指标，炉温测量是否准确直接影响冶炼的生产，因此需要对炉温进行连续温度检测，本文介绍了热电阻式温度传感器的测温原理，分析了导体材料的温度特性，介绍铂热电阻的结构,及误差消除的方法。关键词:传感器；温度测量；铂热电阻引言：在冶炼及金属加工行业,温度是企业应用最为广泛的物理参数,由铂、铜、锗、硅等导体和半导体材料,以及镍硅、镍铝、镍铬等合金材料制成的热电阻、热电偶测温仪被应用于炉温测量与控制系统中,热电阻式温度传感器由于具备测量简便,复现性好,灵敏度高以及随温度单调变化等特点被应用于炉温测量系统中。解决方案1.热电阻式温度传感器测温原理 热电阻式温度传感器是利用导体电阻随温度的变化而变化的物理特性而制作的。导体或半导体的电阻率与材料内参与导电过程的电子数量和晶体结构及其状态有关,它们各有不同的导电机理。1.1 导体电阻率 根据欧姆定律,导体的电阻率为:(l)式中:E为电场强度;J为电流密度。在E的作用下,J的数值与自由电子数n、电荷e和电子定向运动速度平均值u成正比。 对于金属导体而言,在一定的温度下,物质的电阻率和电阻有确定的数学函数关系:式中:R一导体电阻 l一导体长度 s一导体的截而积 这样就可以把温度对电阻率的影响反映到电阻上,即温度变化会导致电阻变化。金属内部难免掺有微量杂质,但这种杂质在低温下是与温度无关的常量,它的存在不受温度的变化所影响。 高温下，温度的变化引起了电阻的变化。如果在测温时,对热电阻测温系统中的电阻感温元件通入工作电流,则不同的温度会导致导体的电阻率发生变化,进而引起不同的电阻值,使得其两边产生不同的电压,这样我们就将电阻随温度的变化转化成为电压随温度的变化。若我们将这个因为温度的变化而导致的变化的电压对应取出后,送入动圈仪表显示或接入AD卡转换后送入计算机加以处理显示,就构成了所谓的温度传感器。这一信号变化过程可用图l表示如下:热电阻感温元件的电阻与温度的关系特性是热电阻的基本特性,也是热电阻传感器工作的理论基础。感温元件的电阻与温度的关系特性在实际应用中可以用以下方式表示:列表法;计算法;作图法。(l)列表法 列表法是用一张表格将感温元件的电阻值与温度的对应关系表示出来,通常我们称它为“分度表”。分度表完全是由大量实验、测试数据并经过数据处理后得出的。在实际工作中,分度表的用处很大,一般已知热电阻的电阻值,则可根据它的大小,在分度表中查出相对应的温度来。如表1所示为我国工业铂热电阻的部分分度表,与热电阻配套的显示仪表、调节器或温度变送器的刻度与线路计算等,都是根据分度表来确定的。计算法 计算法是建立在分度表的基础上的。分度表只能表示有限的感温元件的电阻与温度关系特性的对应关系,而无法得出任意的电阻与温度关系特性。一般感温元件如铂热电阻,它的电阻与温度的关系特性不是线性的。这样只有以计算方程的方式得出他们在不同的温度下对应的电阻值。铂电阻的阻值温度在不同的温度范围里的表示： 0～850℃： Rt=R0(1+At+Bt2)-200～ 0℃: Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3(t-100)) 式中： Rt——温度为t℃时的铂电阻的阻值； R0——温度为0℃时的铂电阻的阻值； A= 3.9083×10 - 3/℃ B=–5.775×10^–7/℃ C=–4.183×10^-12/℃对于满足上述关系的热电阻，其温度系数约为α=3.90×10^-3/℃作图法 作图法是首先查出某一感温元件在不同温度下的有限个电阻值(尽可能多),以温度值为横坐标值,电阻值为纵坐标值,将它们对应描绘在坐标系中,然后用一条光滑的曲线将它连起来,这样就可以近似查出在限定温度范围内任意温度对应的电阻值。 如图2所示,分别描述了铂、铜、钨和热敏电阻的电阻与温度关系特性曲线 图中可以看出:铂热电阻具有测量范围宽、精度高、稳定性好等优点,因此在实际传感器中使用较多的是铂热电阻。1.2 热电阻的测量方法 热电阻的测量方法有恒压法和恒流法两种。恒压法是保持热电阻两端的电压恒定，测量电流变化的方法，恒流法是保持流经热电阻的电流恒定，测量其两端电压的方法。恒压法的电路简单，并且组成桥路就可进行温漂补偿，使用广泛，但电流与铂热电阻的阻值变化成反比，当用于很宽的测温范围时，要特别注意线性化问题。恒流法的电流与铂热电阻的阻值变化成正比，线性化方法简便，但要获得准确的恒流源，电路比较复杂。误差分析与结论 标准铂热电阻安装在炉内,而与其配套的温度指示仪表要安装在控制室,其间引线很长。如果用两根导线把铂热电阻和仪表相连接,则相当于把引线电阻也串接加入到测温电阻中去了,因为引线有长短和粗细之分,也有