温度传感器原理及测量电路.docx

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温度传感器原理及测量电路

老式的汽轮机一般用CU50铜热电阻，现在一般用PT100热电阻

温度传感器当然是用来监测温度的。

主要有轴瓦金属温度测点--监视轴瓦温度

回油温度测点------监视回油温度

调节级后温度测点--监视蒸汽温度

上下气缸温度测点--监视气缸温度

各个主要进汽、抽汽、排汽温度测点--监视热力系统温度情况

汽轮机所用温度传感器较多，其蒸汽系统、凝结水系统、油系统、汽封系统都用到，我想你应该问的是汽轮机本体有哪些温度传感器，如下：

推力瓦块温度

正推力面温度

反推力面温度

汽轮机前轴承温度

汽轮机后轴承温度

发电机前轴承温度

发电机后轴承温度

汽轮机上缸温度

汽轮机下缸温度

汽轮机排汽温度

汽轮机复速级温度

汽轮机一、二、三级抽汽温度

PT100的铂热电阻

热电偶资料

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。

其优点是：

①测量精度高。

因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

②测量范围广。

常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-271--+2800℃如金铁镍铬和钨-铼。

③构造简单，使用方便。

热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

原理

1、热电偶测温基本原理是将两种不同材料的导体或半导体焊接起来，构成一个闭合回路。

由于两种不同金属所携带的电子数不同，当两个导体的二个执着点之间存在温差时，就会发生高电位向低电位放电现象，因而在回路中形成电流,温度差越大，电流越大，这种现象称为热电效应，也叫塞贝克效应。

热电偶就是利用这一效应来工作的。

2、热电偶的种类及结构形成

（1）热电偶的种类常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。

所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。

非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。

标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。

（2）热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：

①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。

5安装尺寸应该尽量选用公制[中国标准]如螺纹：

12X1.5,16X1.5,20X1.5,27X2,33X2mm.法兰直径95、105、115mm.

3、热电偶冷端的温度补偿由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。

必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。

因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。

一般显示、控制仪表都有温度自动补偿系统，不需要担心。

仪表在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度一般不超过100℃，这里需要特别说明一下：

网络上很多转载的技术资料都讲：

补偿导线与热电偶连接端的温度一般不超过100℃，其实，这个说法是错误的！

特殊工况下，可以选用热电偶延长线，即导线材质和热电偶电极材质一致的导线连接，比如：

KX镍铬-镍硅补偿导线；EX镍铬-康铜补偿导线；JX铁-康铜补偿导线；TX铜-铜镍补偿导线都存不在这个问题，根据热电偶的中间导体定律，这种补偿导线温度不受限制。

还有一些热电偶比如：

B分度的铂铑30-铂铑6，这种热电偶没有补偿导线，在400度以下不计精度用普通双芯铜线即可。

（S型热电偶）铂铑10-铂热电偶

铂铑10-铂热电偶（S型热电偶）为贵金属热电偶。

偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（SP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为10%，含铂为90%，负极（SN）为纯铂，故俗称单铂铑热电偶。

该热电偶长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。

S型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。

它的物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。

由于S型热电偶具有优良的综合性能，符合国际使用温标的S型热电偶，长期以来曾作为国际温标的内插仪器，“ITS-90”虽规定今后不再作为国际温标的内查仪器，但国际温度咨询委员会（CCT）认为S型热电偶仍可用于近似实现国际温标。

S型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。

（R型热电偶）铂铑13-铂热电偶

铂铑13-铂热电偶（R型热电偶）为贵金属热电偶。

偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（RP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为13%，含铂为87%，负极（RN）为纯铂，长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。

R型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。

其物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。

由于R型热电偶的综合性能与S型热电偶相当，在我国一直难于推广，除在进口设备上的测温有所应用外，国内测温很少采用。

1967年至1971年间，英国NPL，美国NBS和加拿大NRC三大研究机构进行了一项合作研究，其结果表明，R型热电偶的稳定性和复现性比S型热电偶均好，我国目前尚未开展这方面的研究。

R型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。

（B型热电偶）铂铑30-铂铑6热电偶

铂铑30-铂铑6热电偶（B型热电偶）为贵金属热电偶。

偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（BP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为30%，含铂为70%，负极（BN）为铂铑合金，含铑为量6%，故俗称双铂铑热电偶。

该热电偶长期最高使用温度为1600℃，短期最高使用温度为1800℃。

B型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长，测温上限高等优点。

适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。

B型热电偶一个明显的优点是不需用补偿导线进行补偿，因为在0~50℃范围内热电势小于3μV。

B型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。

（K型热电偶）镍铬-镍硅热电偶

镍铬-镍硅热电偶（K型热电偶）是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。

正极（KP）的名义化学成分为：

Ni：

Cr=90：

10，负极（KN）的名义化学成分为：

Ni：

Si=97：

3，其使用温度为-200~1300℃。

K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中。

广泛为用户所采用。

K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中。

（N型热电偶）镍铬硅-镍硅热电偶

镍铬硅-镍硅热电偶（N型热电偶）为廉金属热电偶，是一种最新国际标准化的热电偶，是在70年代初由澳大利亚国防部实验室研制成功的它克服了K型热电偶的两个重要缺点：

K型热电偶在300~500℃间由于镍铬合金的晶格短程有序而引起的热电动势不稳定；在800℃左右由于镍铬合金发生择优氧化引起的热电动势不稳定。

正极（NP）的名义化学成分为：

Ni:

Cr:

Si=84.4:

14.2:

1.4，负极（NN）的名义化学成分为：

Ni:

Si:

Mg=95.5:

4.4:

0.1，其使用温度为-200~1300℃。

N型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜，不受短程有序化影响等优点,其综合性能优于K型热电偶,是一种很有发展前途的热电偶.

N型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中。

（E型热电偶）镍铬-铜镍热电偶

镍铬-铜镍热电偶（E型热电偶）又称镍铬-康铜热电偶，也是一种廉金属的热电偶，正极（EP）为：

镍铬10合金，化学成分与KP相同，负极（EN）为铜镍合金，名义化学成分为：

55%的铜，45%的镍以及少量的锰，钴，铁等元素。

该热电偶的使用温度为-200~900℃。

E型热电偶热电动势之大，灵敏度之高属所有热电偶之最，宜制成热电堆，测量微小的温度变化。

对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏，宜用于湿度较高的环境。

E热电偶还具有稳定性好，抗氧化性能优于铜-康铜，铁-康铜热电偶，价格便宜等优点，能用于氧化性和惰性气氛中，广泛为用户采用。

E型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性气氛中，热电势均匀性较差。

（J型热电偶）铁-铜镍热电偶

铁-铜镍热电偶（J型热电偶）又称铁-康铜热电偶，也是一种价格低廉的廉金属的热电偶。

它的正极（JP）的名义化学成分为纯铁，负极（JN）为铜镍合金，常被含糊地称之为康铜，其名义化学成分为：

55%的铜和45%的镍以及少量却十分重要的锰，钴，铁等元素，尽管它叫康铜，但不同于镍铬-康铜和铜-康铜的康铜，故不能用EN和TN来替换。

铁-康铜热电偶的覆盖测量温区为-200~1200℃，但通常使用的温度范围为0~750℃

J型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜等优点,广为用户所采用。

J型热电偶可用于真空，氧化，还原和惰性气氛中，但正极铁在高温下氧化较快，故使用温度受到限制，也不能直接无保护地在高温下用于硫化气氛中。

（T型热电偶）铜-铜镍热电偶

铜-铜镍热电偶（T型热电偶）又称铜-康铜热电偶，也是一种最佳的测量低温的廉金属的热电偶。

它的正极（TP）是纯铜，负极（TN）为铜镍合金，常之为康铜，它与镍铬-康铜的康铜EN通用，与铁-康铜的康铜JN不能通用，尽管它们都叫康铜，铜-铜镍热电偶的盖测量温区为-200~350℃。

T型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜等优点,特别在-200~0℃温区内使用，稳定性更好，年稳定性可小于±3μV，经低温检定可作为二等标准进行低温量值传递。

T型热电偶的正极铜在高温下抗氧化性能差，故使用温度上限受到限制。

铂热电阻

端面热电阻元件由特殊处理的丝材（铜或铂丝）绕制，它们紧巾在温度计前端，与一般轴向热电阻相比，端面热电阻能更正确和迅速地反映被测端面的实际温度状况，它的制作方法很多，品种形式多样，特别适用于测量轴瓦或其他机件的端面温度。

有的端面热电阻安装时由于它的引线与电阻元件是相连的，所以要将引线与端面热电阻同步转动，这样才确保端面热电阻在安装中不被人为损坏，但是实际安装过程中难免出现这种情况。

由于这种情况的出现，加大科研力度研制成功特殊的端面热电阻，这种端面热电阻在安装时只需要拧外端的螺丝就可以了，不需要引线与端面热电阻同步转动。

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原理和种类

　　1、热电阻测温原理及材料

　　热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。

热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。

　　2、热电阻的类型

　　1）普通型热电阻

　　从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。

　　2）铠装热电阻

　　铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2－－φ8mm，最小可达φmm。

与普通型热电阻相比，它有下列优点：

①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。

　　3）端面热电阻

　　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。

　　4）隔爆型热电阻

　　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，生产现场不会引超爆炸。

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。

　型号

分度号

测温范围

热响应时间

规格

L（mm）

d（mm）

M（mm）

WZCM-201

Cu50Cu100

0-100

≤100m/s

Φ6

M8x0.75

5001000150020002500

WZPM-201

Pt100

-150-+200

≤6s

Φ8.7

M10x1

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技术参数

　　感温元件0℃时的电阻值（R100）和它在0℃时的电阻R0

　　分度号Cu50：

R0=50±0.050Ω

　　Cu100：

R0=100±0.10Ω

　　分度号Pt100:

R0=100±0.12Ω（B级）

其中:

R0为元件在0℃时的电阻值。

铂热电阻

科技名词定义

中文名称：

铂热电阻

英文名称：

platinumresistancethermometer

定义：

以铂作感温材料的感温元件，并由内引线和保护管组成的一种温度检测器，通常还带有与外部测量、控制装置及机械装置连接的部件。

所属学科：

机械工程（一级学科）；仪器仪表材料（二级学科）；测温材料（仪器仪表）（三级学科）

本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布

铂热电阻

制造起源

PT100铂热电阻国际精度标准

信号连接

系统组成

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铂热电阻

　　热电阻是利用铂丝的电阻值随着温度的变化而变化这一基本原理设计和制作的，按0℃时的电阻值R（℃）的大小分为10欧姆（分度号为Pt10）和100欧姆（分度号为Pt100）等，测温范围均为-200~850℃.10欧姆铂热电阻的感温原件是用较粗的铂丝绕制而成，耐温性能明显优于100欧姆的铂热电阻，只要用于650℃以上的温区：

100欧姆铂热电阻主要用于650℃以下的温区，虽也可用于650℃以上温区，但在650℃以上温区不允许有A级误差。

100欧姆铂热电阻的的分辨率比10欧姆铂热电阻的分辨率大10倍，对二次仪表的要求相应地一个数量级，因此在650℃以下温区测温应尽量选用100欧姆铂热电阻。

　　感温元件骨架的材质也是决定铂热电阻[1]使用温区的主要因素，见的感温元件有陶瓷元件，玻璃元件，云母元件，它们是由铂丝分别绕在陶瓷骨架，玻璃骨架，云母骨架上再经过复杂的工艺加工而成。

由于骨架材料本身的性能不同，陶瓷元件适用于850℃以下温区，玻璃元件适用于550℃以下温区。

近年来市场上出现了大量的厚膜和薄膜铂热电阻感温元件，厚膜铂热电阻元件是用铂浆料印刷在玻璃或陶瓷底板上，薄膜铂热电阻元件是用铂浆料溅射在玻璃或陶瓷底板上，再经光刻加工而成，这种感温元件仅适用于-70~500℃温区，但这种感温元件用料省，可机械化大批量生产，效率高，价格便宜。

　　就结构而言，铂热电阻还可以分为工业铂热电阻和铠装铂热电阻。

工业铂热电阻也叫装配铂热电阻，即是将铂热电阻感温元件焊上引线组装在一端封闭的金属管或陶瓷管内，再安装上接线盒而成；铠装铂热电阻是将铂热电阻元件，过渡引线，绝缘粉组装在不锈钢管内再经模具拉实的整体，具有坚实，抗震，可绕，线径小，使用安装方便等优点。

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制造起源

　　解放初期，国内仅在沿海城市有几个修配厂。

1956年随着新中国156个大型建设项目的开工，我国从原来民主德国引进技术生产铂热电阻，由西安仪表厂独家生产。

当时只有玻璃骨架，因为需要玻璃和铂丝的膨胀系数一致，玻璃委托北京玻璃厂生产。

在计划经济时代，铂丝是稀有贵金属，是国家专控物资，由人民银行计划调配。

随有了北玻拿玻璃换铂丝，然后北玻掌握这项技术。

随后是兄弟厂传帮带，上仪和川仪掌握这项技术。

改革开放初期80年代，西仪的老一辈专家退休后回到家乡江苏利用这项技术办企业，随后星星之火成燎原。

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PT100铂热电阻国际精度标准

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信号连接

　　热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。

工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。

　　目前热电阻的引线主要有三种方式

　　○1二线制：

在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：

这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合

　　○2三线制：

在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的。

　　○3四线制：

在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。

可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。

　　热电阻采用三线制接法。

采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。

这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。

热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。

采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。

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系统组成

（1）热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。

必须注意以下两点：

　　①热电阻和显示仪表的分度号必须一致

　　②为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。

具体内容参见本篇第三章。

（2）铠装热电阻铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ1~φ8mm，最小可达φmm。

与普通型热电阻相比，它有下列优点：

　　①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；

　　②机械性能好、耐振，抗冲击；

　　③能弯曲，便于安装

　　④使用寿命长。

　　（3）端面热电阻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。

　　（4）隔爆型热电阻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电阻体的断路修理必然要改变电阻丝的长短而影响电阻值，为此更换新的电阻体为好，若采用焊接修理，焊后要校验合格后才能使用。

设计原理

　　pt100是铂热电阻，简称为：

PT100铂电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。

PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。

它的工业原理：

当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的的阻值会随着温度上升它的阻值是成匀速增涨的。

[1]

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应用范围

　　医疗、电机、工业、温度计算、卫星、气象、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常之广泛。

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PT100分度表

　　-50度80.31欧姆

　　-40度84.27欧姆

　　-30度88.22欧姆

　　-20度92.16欧姆

　　-10度96.09欧姆

　　0度100.00欧姆

　　10度103.90欧姆

　　20度107.79欧姆

　　30度111.67欧姆

　　40度115.54欧姆

　　50度119.40欧姆

　　60度123.24欧姆

　　70度127.08欧姆

　　80度130.90欧姆

　　90度134.71欧姆

　　100度138.51欧姆

　　110度142.29欧姆

　　120度146.07欧姆

　　130度149.83欧姆

　　140度153.58欧姆

　　150度157.33欧姆

　　160度161.05欧姆

　　170度164.77欧姆

　　180度168.48欧姆

　　190度172.17欧姆

　　200度175.86欧姆

　　~~~度~~.~~欧姆

　　阻值会随着温度的匀速有规律的增长！

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组成的部分

　　常见的pt1oo感温元件有陶瓷元件，玻璃元件，云母元件，它们是由铂丝分别绕在陶瓷骨架，玻璃骨架，云母骨架上再经过复杂的工艺加工而成。

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薄膜铂电阻

　　薄膜铂电阻：

用真空沉积的薄膜技术把铂溅射在陶瓷基片上，膜厚在2微米以内，用玻璃烧结料把Ni（或Pd）引线固定，经激光调阻制成薄膜元件。