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Pt100的電阻值隨溫度改變而變化的探討

2023-4-11 22:32:30??????點擊:

Pt100即鉑熱電阻,Pt100的電阻值隨溫度改變而變化,這一特性使Pt100成為工業現場常用溫度傳感器。深圳永陽新能源在本文詳細介紹Pt100的專業儀表知識,內容可作為儀表工培訓和普及Pt100知識的教程。

物體的冷熱程度常用“溫度”這個物理量來表示,溫度借助于某種物質的某種特性(如體積、長度、電阻等)隨溫度變化的一定規律來測量。其中,由以鉑作為感溫材料的Pt100元件、內引線和保護管構成的溫度傳感器,稱為鉑熱電阻,分度號為Pt100。鉑熱電阻具有示值穩定、測量準確度高等優點,還具有一定程度的抗振動沖擊的性能。廣泛應用于工業測溫。工業測溫中使用的鉑電阻溫度傳感器為工業熱電阻。我國現行的鉑電阻技術條件和檢定規程等同于IEC751出版物。在常用的電阻溫度計中,標準鉑電阻溫度計的準確度最高,并作為國際溫標中961.78℃以下內插用標準溫度計。

Pt100的溫度系 數
單位溫度變化引起電阻值的相對變化。Pt100感溫元件和熱電阻的電阻溫度系數用α表示,即:α=(Rt-Rt0)/[Rt0×(t-t0)] ℃-1
根據IEC751國標,溫度系數α=0.003851,Pt100(R0=100Ω)、Pt1000(R0=1000Ω)統一設計鉑電阻,其中:分度號Pt100鉑熱電阻在0℃時標準阻值R0=100Ω,100℃時標準阻值R100=138.51Ω;分度號Pt1000的鉑電阻在0℃時標準阻值R0=1000Ω,100℃時標準阻值R100=1385.1Ω。

Pt00的溫度/電阻特性
Pt100的電阻/溫度關系:(Pt100分度表詳見附錄)
◆對于-200~0℃的溫度范圍,Pt100的電阻/溫度關系:Rt=R0×[1+A×t+B×t2+C×(t-100℃)×t3]
◆對于0-850℃的溫度范圍,Pt100的電阻/溫度關系:Rt=R0×(1+A×t+B×t2)
以上兩公式中:Rt為在溫度為t時Pt100的電阻值;Ω;t為溫度;℃;R0為在溫度為0℃時Pt100的電阻值;Ω;A為常數,當α=0.003851時其值為3.9083×10-3,℃-1;B為常數,當α=0.003851時其值為-5.775×10-7,℃-2;C為常數,當α=0.003851時其值為-4.183×10-12,℃-4。
 PT100溫度傳感器曲線
以上采用1990年國際溫標(ITS-90)的溫度值。

Pt00的允差
Pt100鉑熱電阻的允差分為AA級,A級,B級,C級,10/B級等等;允差等級用Δ表示。
PT100鉑熱電阻溫度傳感器精度對應表

Pt100誤差數據表(絕對值)
PT1000溫度傳感器鉑電阻精度參照表

Pt100引線形式
1、兩線制
Pt100元件的兩端各連一根導線的引線形式為兩線制。這種引線方式會帶進引線電阻的附加誤差,在使用時引線不宜過長。一般適用于精度要求不高的場合。

2、三線制
在Pt100元件的一端連接兩根引線,另一端連接一根引線,這種引線形式稱為三線制。它可以消除內引線電阻的影響,測量精度高于兩線制。測量三線制鉑電阻的電路一般是不平衡電橋,Pt100測量電路原理如圖所示:
PT100鉑熱電阻溫度傳感器接線圖
由于把Pt00接入電橋的銅導線的電阻值會隨著環境溫度的變化而發生變化,如果只把連接導線接在一個橋臂上,當環境溫度變化時,連接導線電阻的變化值將與熱電阻RT的電阻變化值相疊加,而產生附加誤差。所以在工業上普遍采用三線制的接線方法,把導線2與3分別接至電橋的兩個橋臂上,當電線的電阻變化時,可以互相抵消一部分,以減少對儀表示值的影響。但誤差減小是有限度的,對于不平衡電橋,只有在儀表刻度的始點才能得到全補償,而在滿刻度時上述的附加誤差是最大的。對于不平衡電橋還要考慮電源引線的附加溫度誤差,當有電流流過熱電阻連接電源的導線1時,會有一定的電壓降,當環境溫度變化時,電橋的上、下支路電壓也會隨之發生變化,從而給儀表帶來一定的附加溫度誤差。
 
3、四線制
在Pt100元件的兩端各連兩根引線,在高精度測量時,要采用四線制。當測量電阻數值很小時,測試線的電阻可能引入明顯誤差,四線測量用兩條附加測試線提供恒定電流,另外兩條測試線測量未知電阻的電壓降,在電壓表輸入阻抗足夠高的情況下,電流幾乎不流過電壓表,這樣就可以精確測量未知電阻上的壓降,通過計算得出電阻值。

Pt100穩定性
Pt100有良好的長期穩定性,典型實驗數據為:在400℃持續1000小時,0℃時的最大溫度漂移為±0.04%。

Pt100的自熱和測試電流
以常規產品為例,Pt100測試電流為0.3~1mA,Pt1000測試電流為0.1~0.3mA。實際應用時Pt100測試電流不應超過允許值?。?!例如:當Pt100測試電流為1mA時,溫升為0.1℃,當測試電流為2mA時,溫升為0.49℃。并且Pt100自熱溫升的數據同產品的結構也有很大的關系,如保護管的直徑、材質,內部填充物的種類,測試條件等。

絕緣電阻
熱電阻常溫絕緣電阻的試驗測試電壓可取直流10-100V任意值,環境溫度在15~35℃范圍內,環境濕度應不大于80%,常溫絕緣電阻值應大于100MΩ。

Pt100響應時間
當溫度階躍變化時,Pt100傳感器的輸出變化至量程變化的50%所需要的時間稱為響應時間,用τ0.5表示。影響τ0.5的因素與保護管的材料、直徑、壁厚有關,而且還與其結構形式、安裝方法、置入深度以及被測介質的流速、種類有關。

Pt100元件響應時間典型數據值如下:

PT1000鉑熱電阻溫度傳感器響應時間

綜合誤差
溫度傳感器在測量過程中主要誤差來源:傳感器對分度表的誤差,絕緣不良引起的誤差,線路電阻引起的誤差,顯示儀表的誤差以及傳熱誤差,動態相應誤差,干擾誤差等。其中有些誤差是在一定條件下才會出現,并且通過一定的措施是可以消除和減小的。

測量結構
Pt100鉑電阻由外保護管、延長導線、測溫電阻、絕緣導熱填充物裝配而成。絕大部分測溫場合使用的都是此類產品。另外適用于剛性保護管不能插入或需要彎曲測量等特殊部位的鉑電阻溫度傳感器,由電阻體、引線、絕緣氧化鎂及保護套管整體拉制而成,頂部焊接鉑電阻,抗震性能好,測溫范圍寬,并且長度方向可以彎曲。但必須注意的是由于頂部是Pt100元件所在的位置,所以其端部的30mm是不得彎曲的。

Pt100分度表
PT100鉑熱電阻溫度傳感器阻值對應表

熱電阻選型確定溫度傳感器的類型、實際使用溫度范圍、精度、尺寸及安裝固定方式等,這方面知識請移步至http://www.auctusclothing.com/Product/pt/PT100/

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