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深入带您探讨关于热电阻的全部基础内容

来源:发表时间:2019-05-21


前言
      温度测量可能是最早的已知测量。最线性,稳定且可重复的温度传感器之一是金莎娱乐官方网站热电阻,热电阻的电阻与温度特性稳定,可重复,并具有200至800°C的近线性正温度系数。这些属性将热电阻建立为事实上的行业标准。通过测量电阻确定温度,然后使用热电阻 R与T特性来推断温度。
      用于热电阻的典型元件是镍(Ni),铜(Cu)和铂(Pt)。到目前为止,最常见的是100欧姆或1000欧姆的铂热电阻,有时也称为PRT,铂电阻温度计。
      从历史上看,热电阻由零点CR(0)处的值和正温度系数α指定,平均温度系数为0到100°C。多年来,美国和欧洲的热电阻标准都已经开发出来,以确保热电阻可以在制造商之间互换,而不会有任何重大的精度损失。铂热电阻已经通过诸如以下标准来定义:DIN 43760(BS1904),IEC 751-1983和JIS C1604。这些标准规定了热电阻参数,包括:R(0),α,公差分类和Callendar-Van Dusen电阻与温度数学模型中的系数。
      在20世纪90年代后期,标准社区发布了新标准,以便为金莎娱乐官方网站热电阻定义单一定义。标准ASTM 3711和IEC 60751代表了新的金莎娱乐官方网站热电阻标准。本文深入带您探讨关于热电阻的全部基础内容。
热电阻电阻的基础常识
      以下部分说明了金属导体中温度依赖性热电阻的基本概念。已经省略了复数量子数学推导细节。
任何材料中的电流都是每单位时间带电粒子的流动。在金属中,这些粒子是电子。金属是优良的导体,因为它们的分子结构具有与其分子核松散耦合的大量电子,因此易于移动。
定义:
电荷单位由库仑定义
      一安培被定义为在一秒钟内流过一点的电荷库仑,库仑/秒。
      电子(由e定义)具有1.602E-19库仑的负电荷。这意味着在一个库仑电荷中有6.24E18个电子,而1安培需要62.4亿个电子在一秒钟内通过一个点。
      想象一下,导线内的总混沌仅能达到1安培,6.24E18电子/秒。这种巨大混乱的粒子以极高的平均速度在电线上尖叫。当他们沿着他们的方向争抢时,他们彼此相互作用并与导线内部分子结构相撞。相比之下,洛杉矶高速公路高峰时段的交通处于停滞状态。
      施加的电压(Vapplied)迫使松散的电子以平均速度移动,从而产生由下式给出的电流



      “e”是电子上的电荷(1.6E-19库仑),
      “A”是线区,
      “L”是线长,
      “n”是电子密度,(每单位体积的数量),和
      “μ”是一种非常复杂的术语,它涉及电子如何相互作用以及与导线分子结构相互作用。
重新排列此表达式给出:


其中


      和是熟悉的参数“电阻率”,其表征任何给定材料的阻力。注意,因为电子充电.e。是一个常数,电阻完全由(n)电子密度和(μ)电子迁移率的乘积控制和控制。对于大部分温度范围内的大多数金属,(nxμ)产品随着温度的升高而降低; 这增加了阻力并建立了正温度系数。电子的数量及其复杂的相互作用行为控制着材料的阻力。
      数十亿电子在温度和强制电压的影响下沿着导线向下扰动的复杂交互行为产生了在所有温度下很少线性的电阻率。然而,铜,镍和铂在某些温度范围内具有接近线性的温度系数,因此用于制造热电阻。白金是最线性的。
热电阻模型
      热电阻标准,通过Callendar-Van Dusen方程(一种非线性数学模型)定义铂电阻与温度特性。这些标准包括:热电阻值在0°C,R(0),方程系数和温度系数,α(α)定义为0到100°C。Alpha(α)有时可用于建立电阻与温度的简单线性模型。此外,不同的公差范围被标识为.classes。包含在相关的标准信息中。金莎娱乐官方网站热电阻 Callendar-Van Dusen非线性模型是负温度的四阶多项式和正温度的二次多项式。
      下面的情况1,2,3示出了热电阻的一般形式的热电阻 = R(0)+ΔR的模型,其中ΔR是热电阻的温度相关部分。


用热电阻测量温度
      使用热电阻进行温度测量首先以电子方式测量热电阻电阻,然后使用热电阻电阻与温度特性转换为温度。有许多电路拓扑用于确定电阻。例如,图1显示了用于3线热电阻测量的经典桥接配置。


图1中的电压Vba随着热电阻随温度的变化而变化。对于R1 = R2 = R3 = R(0),相等的Rlines,以及定义为热电阻 = R(0)+ΔR的热电阻,则

 


      典型的桥输出电压(如上所示)包括线电阻并且是非线性的。
      现代半导体技术有助于通过线性输出和线路电阻消除电阻测量。例如,图2显示了具有电流激励的4线热电阻配置。


      在图2中,Vba = Iext×[R(0)+ΔR],这是消除了线电阻的电路线性输出。注意,该方案不需要相等的线电阻。金莎娱乐官方网站提供4线热电阻模块SCM5B35,采用图2中的方案,包括热电阻与T线性化和信号隔离。
      图3示出了用于测量3线热电阻的电阻的另一种金莎娱乐官方网站现代电路技术,其给出为热电阻 = R(0)+ΔR。


      给定相等的线路电阻(对于现场电缆的合理假设),这种测量技术消除了它们的影响。此外,去除热电阻的与温度无关的电阻部分R(0)。
      如果Rline3 = Rline2 = Rline1; Rx = R(0); I1 = I2 = I; 然后Vba =ΔR×I,其中ΔR是热电阻的温度相关电阻部分。
      该电压Vba被电子缩放并线性化以表示实际温度。
自热
      当激励电路以超过制造规格的功率水平驱动热电阻传感器时,会出现自热误差。例如,如果图2中的激励电流(I)为250微安,即100欧姆热电阻的金莎娱乐官方网站.s值,温度为.50°C(~80Ω),那么热电阻功耗将为? 5微瓦。对于工业热电阻传感器,小于500μA的电流激励很少会导致自热误差。应该经常检查。
典型的金莎娱乐官方网站模块
      图4显示了金莎娱乐官方网站s DIN导轨安装的DSCA34线性化2或3线热电阻输入信号调理模块的拓扑布局,该模块使用上述激励方法,包括隔离,浪涌保护和线性化。


      金莎娱乐官方网站提供完整系列的信号调理模块,包括隔离,输入保护和线性化,适用于各种工业

 

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