溫度傳感器電橋：PT100溫度傳感器采用不平衡電橋接線方式解析.doc
PT100鉑電阻傳感器有三條引線，可用A、B、C（或黑、紅、黃）來代表三根線，三根線之間有如下規(guī)律：A與B或C之間的阻值常溫下在110歐左右，B與C之間為0歐，B與C在內(nèi)部是直通的，原則上B與C沒什么區(qū)別。 儀表上接傳感器的固定端子有三個：A線接在儀表上接傳感器的一個固定的端子.B和C接在儀表上的另外兩個固定端子，B和C線的位置可以互換，但都得接上。如果中間接有加長線，三條導線的規(guī)格和長度要相同。熱電阻的3線和4線接法：是采用2線、3線、4線，主要由使（選）用的二次儀表來決定。一般顯示儀表提供三線接法，PT100一端出一顆線，另一端出兩顆線，都接儀表，儀表內(nèi)部通過橋抵消導線電阻。一般PLC為四線，每端出兩顆線，兩顆接PLC輸出恒流源，PLC通過另兩顆測量PT100上的電壓，也是為了抵消導線電阻，四線精確度最高，三線也可以，兩線最低，具體用法要考慮精度要求和成本
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PT100溫度傳感器采用三線式接法的原因：
PT100溫度傳感器0℃時電阻值為100Ω，電阻變化率為0.3851Ω/℃。由于其電阻值小，靈敏度高，所以引線的阻值不能忽略不計，采用三線式接法可消除引線線路電阻帶來的測量誤差，原理如下：
PT100引出的三根導線截面積和長度均相同（即r1=r2=r3），測量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋，鉑電阻（Rpt100）作為電橋的一個橋臂電阻，將導線一根（r1）接到電橋的電源端，其余兩根（r2、r3）分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣兩橋臂都引入了相同阻值的引線電阻，電橋處于平衡狀態(tài)，引線線電阻的變化對測量結(jié)果沒有任何影響。
溫度傳感器電橋：在使用電阻溫度傳感器單電橋測溫電路中，為什么要對引線電阻進行補償
熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導線電阻引起的測量誤差。這是因為測量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個橋臂電阻，其連接導線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測量誤差。采用三線制，將導線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導線線路電阻帶來的測量誤差。工業(yè)上一般都采用三線制接法。
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溫度傳感器報警電路
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溫標
國際上使用攝氏溫標和熱力學溫標，1968年建立了國際實用溫標。
攝氏溫標是以水銀的體膨脹與溫度間的線性關(guān)系為基礎(chǔ)的，它與已被取消的華氏溫標間的換算關(guān)系式為
熱力學溫標系以熱力學第二定律為依據(jù)，理論上確定分子停止運動為絕對零度，但此溫度目前無法實現(xiàn)。于是，設(shè)立了氣體溫度計，建立了熱力學溫標。其分度為水沸點至冰融點在標準大氣壓下之差為100 K。
由于氣體溫度計裝置復雜，且不實用。為此，于1968年建立了國際實用溫標（IPTS-68）。IPTS-68適用于測定任何溫度，數(shù)值與熱力學溫度相近而又具有較高的復現(xiàn)性。IPTS-68是以一些可復現(xiàn)的平衡態(tài)的定點溫度，以及能夠精確分度的標準儀器為標準校準設(shè)備的。由IPTS—68所定義的熱力學溫度（T68）和攝氏溫度U68）間的關(guān)系為
IPTS-68定義的基準點列于下表中。
表 國際實用溫標IPTS—68定義基準點
按國際溫標，將整個溫度測試區(qū)分為幾段，各段使用不同的基準儀器：
低溫至630.74℃以內(nèi)，主要用鉑電阻溫度計；
630.℃用鉑鎊-鉑熱電偶；
1064℃以上則采用光學高溫計。
鉑電阻溫度計
鉑電阻溫度計是根據(jù)金屬鉑電阻值隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的，典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。
鉑電阻溫度計
標準鉑電阻溫度計的鉑絲直徑為0.3 mm，加工成鉑電阻溫度計后，要細心、嚴格地對其進行化學處理的熱處理。
鉑電阻溫度計的電阻與溫度間的關(guān)系為
為了提高測量準確度、減小偏差值，可通過下述途徑：其一，對鉑的純度提出更高要求；其二，用內(nèi)插公式增加分度點數(shù);其三，改進鉑的化學和熱處理工藝。
鉑電阻溫度計配接的二次儀表為精密電橋或精密電位差計。為消除連接導線的影響，有時采用四線結(jié)構(gòu)。
鉑銠-鉑熱電偶
熱電偶是根據(jù)熱電效應(yīng)制成的測溫傳感器。從理論分析已知，熱電偶產(chǎn)生的電勢由溫差電勢和接觸電勢組成。根據(jù)熱電效應(yīng)，任意兩種導體都可作為熱電極，組成熱電偶而用來測溫。在工程上，一般選擇在其測溫范圍內(nèi)穩(wěn)定、電阻溫度系數(shù)小、電導率高、組成熱電偶后輸出電勢大，且其值與溫度成線性關(guān)系的金屬作為熱電偶的熱電極。經(jīng)研究，鉆銠10-鉑熱電偶復制精度及測量準確性高，故常用來作精密測量和作為標準熱電偶。
下表列出了鉑銠-鉑熱電偶及其他幾種常用熱電偶的特性。
表 常用熱電偶特性
對熱電偶，應(yīng)在規(guī)定的溫度點上進行校驗。下表列出了鉑銠-鉑及其他幾種熱電偶的校驗溫度點。
表 常用熱電偶校驗溫度點
熱電偶可配接直接電位差計、精密電橋等二次儀表。
熱電偶校驗（標定）裝置
上圖為熱電偶校驗裝置示意圖。校驗時，將兩只熱電偶同時置入加溫箱中，其中一只為被校驗（標定）熱電偶，一只為鉑銠-銷標準熱電偶，用比較法校準。校準時，將熱電偶冷端置入冰點槽，以保持0℃。校驗中爐溫變化速率不應(yīng)大于0.2℃/min。
不論是標準鉑電阻溫度計，還是熱電偶標準溫度計，用于校準其他溫度傳感器時，配用適當?shù)母?、低溫恒溫裝置，即可進行工作。恒溫裝置包括恒溫箱、水浴、油浴、髙溫爐等。
熱電阻的標定
熱電阻溫度傳感器的標定可用比較法。其方法是用標準溫度計（標準水銀溫度計或標準鉑電阻溫度計）與被校熱電阻溫度計進行比較。測量電路一般多采用四線制精密電位差計，或精密電橋。校驗（標定）裝置如下圖所示。
電阻溫度傳感器的標定
實驗步驟是：用標準溫度計測出恒溫箱溫度，經(jīng)分壓器調(diào)節(jié)毫安表，將被測系統(tǒng)回路電流控制在4 mA。首先將切換開關(guān)置標準電阻一側(cè)，讀取電位差計示值Us，再轉(zhuǎn)置被測電阻端讀出電位差計示值U,，即可按下式求得Rt。
式中,Rt——被側(cè)點阻值；Rs——標準電阻值。
在同一校準點，重復多次，計算出各次測量所得出的尺值，取平均值。再調(diào)節(jié)恒溫箱（一般取被測電阻承受額定溫度的90%，50%和10%），重復上述步驟。
基準光電高溫比較儀
中國計量科學研究院基準髙溫裝置一高溫光電比較儀光路圖如下圖所示。工作時，光源（小金點黑體爐或溫度燈）經(jīng)物鏡成像于調(diào)制器7的狹縫上，經(jīng)調(diào)制轉(zhuǎn)換為交流光信號。信號由光導纖維混合、傳輸，并于聚光透鏡焦點上聚焦，經(jīng)聚光鏡和干涉濾光片后，由聚光透鏡14均勻地聚焦到光電倍增管的陰極上。
基準光電高溫比較儀
經(jīng)調(diào)制的光相位相反，當兩束光亮度不等時，一個交變光能量由光電倍增管接收，使指零儀表不指“0”，調(diào)節(jié)被檢燈電流，以達亮度平衡。若兩光源亮度相等，則被檢光源的亮度溫度就等于標準光源的亮度溫度。
基準高溫光電比較儀的控制線路框圖如下圖所示。
光電比較儀電子線路框圖
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