Pt100温度传感器

2021/6/14 0:24:24 人评论 次浏览 分类:热电阻  仪表地址:http://yunrun.com.cn/product/3375.html

昌晖仪表详细介绍Pt100的测量原理、温度系统、允差、温度/电阻特性、引线形式、自热/测试电流、绝缘电阻、响应时间、综合误差等专业知识,方便大家正确选用和使用Pt100温度传感器(铂热电阻)。

物体的冷热程度常用“温度”这个物理量来表示,温度借助于某种物质的某种特性(如体积、长度、电阻等)随温度变化的一定规律来测量。其中,由以铂作为感温材料的感温元件、内引线和保护管构成的温度传感器,称为Pt100温度传感器(铂热电阻)。铂热电阻具有示值稳定、测量准确度高等优点,还具有一定程度的抗振动冲击的性能。广泛应用于工业测温。工业测温中使用的Pt100温度传感器为工业热电阻。我国现行的铂电阻技术条件和检定规程等同于IEC751出版物。在常用的电阻温度计中,标准铂电阻温度计的准确度最高,并作为国际温标中961.78℃以下内插用标准温度计。

Pt100温度传感器
Pt100的温度系数

单位温度变化引起电阻值的相对变化。Pt100元件和热电阻的电阻温度系数用α表示,即:

根据IEC751国标,温度系数α=0.003851,Pt100(R0=100Ω)、Pt1000(R0=1000Ω)统一设计铂电阻,其中分度号Pt100在0℃时标准阻值R0=100Ω,100℃时标准阻值R100=138.51Ω;分度号Pt1000在0℃时标准阻值R0=1000Ω, 100℃时标准阻值 R100=1385.1Ω。

 
Pt100温度/电阻特性

Pt100温度传感器的电阻/温度关系如下
①对于-200~0℃的温度范围:Rt=R0×[1+At+Bt²+C(t-100℃)t³]
②对于0~850℃的温度范围:Rt=R0×(1+At+Bt²)
以上两式中: Rt为在温度为t时铂热电阻的电阻值,Ω;T为温度,℃;R0为在温度为0℃时铂热电阻的电阻值,Ω;A为常数,当α=0.003851时其值为3.9083×10-3,℃-1; B为常数,当α=0.003851时其值为-5.775×10-7,℃-2; C为常数,当α=0.003851时其值为-4.183×10-12,℃-4
以上采用1990年国际温标(ITS-90)的温度值。
 
Pt100允差

Pt100铂热电阻的允差分为AA,A,B,C(2B)等等级;允差等级用△表示。

 
Pt100检定点选择与基本方法
1、各等级Pt100的检定点,均应选择0℃和100℃,并检查实际电阻温度系数a的符合性;
2、当△a不符合要求时,应进行表1中相应允差等级有效温度范围的上限(或下限)的温度的检定;
3、Pt100和二等标准铂电阻温度计的电阻值测量,均应采用四线制测量方法;
4、校验Pt100时通过热电阻电流应不大于1mA,宜选用符合测量准确度要求的数字多用表;铂电阻的办法,交替重复不少于4次(包括电流换向),分别取平均值作为测量结果。
5、R0和R100电阻值的合格判断
①在有效温度范围内,Pt100的电阻值通过分度表查算出的温度t与真实温度的最大偏差,应不超过上表给定的允差值。 
②Pt100(0℃时电阻值为100的铂电阻)标称值及符合允差要求的R0和R100范围见下表。

 
Pt100引线形式

1、Pt100两线制
在Pt100元件的两端各连一根导线的引线形式为两线制。这种引线方式会带进引线电阻的附加误差,在使用时引线不宜过长。一般适用于精度要求不高的场合。
Pt100两线制
 
2、Pt100三线制

在Pt100元件的一端连接两根引线,另一端连接一根引线,这种引线形式称为三线制。它可以消除内引线电阻的影响,测量精度高于两线制。测量三线制Pt100铂电阻的电路一般是不平衡电桥,Pt100铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻。当桥路平衡时,导线电阻的变化对测量结果没有任何影响,这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差。前提是必须为全等臂电桥,否则不可能完全消除对导线电阻的影响。据分析,Pt100采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差,工业中Pt100一般都采用三线制接线方式。
Pt100三线制                      
 
3、Pt100四线制

在Pt100元件的两端各连两根引线,在高精度测量时,要采用四线制。当测量电阻数值很小时,测试线的电阻可能引入明显误差,四线测量用两条附加测试线提供恒定电流,另外两条测试线测量未知电阻的电压降,在电压表输入阻抗足够高的情况下,电流几乎不流过电压表,这样就可以精确测量未知电阻上的压降,通过计算得出电阻值。
Pt100四线制
 
Pt100稳定性

Pt100有良好的长期稳定性,典型实验数据为:在400℃持续1000小时,0℃时的最大温度漂移为±0.04%。
 
Pt100的自热和测试电流

常规产品的测试电流,Pt100的测试电流为0.3-1mA,Pt1000的测试电流为0.1-0.3mA。实际应用时测试电流不应超过允许值,例如当Pt100测试电流为1mA时,温升为0.1℃,当测试电流为2mA时,温升为0.49℃。并且自热温升的数据同Pt100温度传感器的结构也有很大的关系,如保护管的直径、材质,内部填充物的种类,测试条件等。
 
绝缘电阻

常温绝缘电阻的试验测试电压可取直流10-100V任意值,环境温度在15~35℃范围内,环境湿度应不大于80%,常温绝缘电阻值应大于100MΩ。
 
应时间

当温度阶跃变化时,温度传感器的输出变化至量程变化的50%所需要的时间称为响应时间,用τ0.5表示。影响τ0.5的因素与保护管的材料、直径、壁厚有关,而且还与其结构形式、安装方法、置入深度以及被测介质的流速、种类有关。

Pt100元件响应时间典型数据值:Pt100元件在空气(V=2m/s)中的响应时间为3.0s;Pt100元件在水(V=2m/s)中的响应时间为0.05s

 
综合误差

Pt100温度传感器在测量过程中主要误差来源:传感器对分度表的误差,绝缘不良引起的误差,线路电阻引起的误差,测量仪表的误差以及传热误差,动态相应误差,干扰误差等。其中有些误差是在一定条件下才会出现,并且通过一定的措施是可以消除和减小的。
  
测量结构

Pt100温度传感器由外保护管、延长导线、测温电阻、绝缘导热填充物装配而成。绝大部分测温场合使用的都是此类产品。另外适用于刚性保护管不能插入或需要弯曲测量等特殊部位的铂电阻温度传感器,由电阻体、引线、绝缘氧化镁及保护套管整体拉制而成,顶部焊接铂电阻,抗震性能好,测温范围宽,并且长度方向可以弯曲。但必须注意的是由于顶部是测温元件所在的位置,所以其端部的30mm是不得弯曲的。

Pt100温度传感器的选型确定温度传感器的类型、实际使用温度范围、精度、尺寸及安装固定方式等。如无特殊约定,所有Pt100温度传感器的头部5mm长度为温度测量端。

铂电阻实际使用温度
理论上和教科书(包括本文)上描述Pt100铂电阻使用范围是-200~850℃,而工业平T00铂电阻真正使用温度最高不超过500℃。由于Pt00测量高温时对绝缘电阻要求高于热电偶测温对绝缘电阻的要求,且Pt100铂电阻的高温绝缘稳定性不易保证,所以Pt100铂电阻推荐用于300℃以下温度测量,温度高于300℃尽量采用热电偶测温,热电阻测低温,热电偶测高温。仪表工和用户都应该注意这个细节。

备受关注的Pt100价格
Pt100价格也是大家关心的话题,昌晖仪表以最常用装配式铂电阻为例,让大家清晰了解同一型号铂电阻价格差异的原因。谈到铂电阻价格就必须先了解铂电阻构成,装配式铂电阻由六个部件组成:
1、Pt100温度传感器保护管
铂电阻保护管按照国家标准材质通常为304或1Cr18Ni9Ti,壁厚2mm。通过降低保护管壁厚和改变材质为不锈铁等方式可降低生产成本,薄壁管重量很轻,不锈铁管有亲磁性。

2、Pt100元件

Pt100铂电阻厂家通常会根据用户使用情况配置以下表格中的Pt100元件,Pt100温度传感器在生产过程就存在先天品质和成本差异。内绕式陶瓷铂电阻元件、云母铂电阻元件均采用纯铂丝绕制而成,降低成本的方法为将制作元件的铂丝线径减小,使元件成本减低为正品的1/4~1/6,但这种方式对铂电阻使用寿命和测温有致命影响。
不同类型Pt100元件性能对比

3、铂电阻元件引线

铂电阻元件引线按照国家标准材质为Φ0.4mm-Φ0.6mm纯银丝,通常使用温度越高、长度越长引线线径越粗。目前市场上低廉价格的铂电阻基本将纯银引线更换为镀银合金线或降低引线直径,最大程度减少贵金属用量,成本可降低至银引线成本1/4。但这样做对铂电阻测温准确度和使用寿命都有较大影响。

4、绝缘磁珠

铂电阻绝缘磁珠穿在元件引线上,让引线彼此间、引线于保护管间绝缘。降低成本通常采用劣质陶瓷材料,好的陶瓷又白又亮,凭肉眼就可区分。

5、接线板

铂电阻接线板作用为固定外部电缆线和元件引线。降低成本通常采用劣质陶瓷材料,好的陶瓷又白又亮,凭肉眼就可区分。

6、铂电阻接线盒

铂电阻接线盒通常为铝合金精密压铸而成,有厚度和强度的要求。降低成本通常会通过较少接线盒厚度和用再生铝压铸,接线盒强度、厚度、重量和精细程度有很大变化,成本可降低至正品的1/2~1/3。

俗话说一分钱一分货,用户如单纯追求低价格Pt100,其实是以牺牲测量精度、缩短Pt100温度传感器使用寿命和增加自身备件更换成本为代价的。
 

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