Pt100的電阻值隨溫度改變而變化的探討
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(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用溫度傳感器。深圳永陽(yáng)新能源在本文詳細(xì)介紹Pt100的專業(yè)儀表知識(shí)，內(nèi)容可作為儀表工培訓(xùn)和普及Pt100知識(shí)的教程。
物體的冷熱程度常用“溫度”這個(gè)物理量來(lái)表示,溫度借助于某種物質(zhì)的某種特性(如體積、長(zhǎng)度、電阻等)隨溫度變化的一定規(guī)律來(lái)測(cè)量。其中，由以鉑作為感溫材料的Pt100元件、內(nèi)引線和保護(hù)管構(gòu)成的溫度傳感器，稱為鉑熱電阻，分度號(hào)為Pt100。鉑熱電阻具有示值穩(wěn)定、測(cè)量準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，還具有一定程度的抗振動(dòng)沖擊的性能。廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫。工業(yè)測(cè)溫中使用的鉑電阻溫度傳感器為工業(yè)熱電阻。我國(guó)現(xiàn)行的鉑電阻技術(shù)條件和檢定規(guī)程等同于IEC751出版物。在常用的電阻溫度計(jì)中，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的準(zhǔn)確度最高，并作為國(guó)際溫標(biāo)中961.78℃以下內(nèi)插用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。
Pt100的溫度系 數(shù)
單位溫度變化引起電阻值的相對(duì)變化。Pt100感溫元件和熱電阻的電阻溫度系數(shù)用α表示，即：α=(Rt-Rt0)/[Rt0×(t-t0)] ℃-1
根據(jù)IEC751國(guó)標(biāo)，溫度系數(shù)α=0.003851，Pt100(R0=100Ω)、Pt1000(R0=1000Ω)統(tǒng)一設(shè)計(jì)鉑電阻，其中：分度號(hào)Pt100鉑熱電阻在0℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)阻值R0=100Ω，100℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)阻值R100=138.51Ω；分度號(hào)Pt1000的鉑電阻在0℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)阻值R0=1000Ω，100℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)阻值R100=1385.1Ω。
Pt00的溫度/電阻特性
Pt100的電阻/溫度關(guān)系：(Pt100分度表詳見(jiàn)附錄)
◆對(duì)于-200~0℃的溫度范圍，Pt100的電阻/溫度關(guān)系：Rt=R0×[1+A×t+B×t2+C×(t-100℃)×t3]
◆對(duì)于0-850℃的溫度范圍，Pt100的電阻/溫度關(guān)系：Rt=R0×(1+A×t+B×t2)
以上兩公式中：Rt為在溫度為t時(shí)Pt100的電阻值；Ω；t為溫度；℃；R0為在溫度為0℃時(shí)Pt100的電阻值；Ω；A為常數(shù)，當(dāng)α=0.003851時(shí)其值為3.9083×10-3，℃-1；B為常數(shù)，當(dāng)α=0.003851時(shí)其值為-5.775×10-7，℃-2；C為常數(shù)，當(dāng)α=0.003851時(shí)其值為-4.183×10-12，℃-4。
以上采用1990年國(guó)際溫標(biāo)(ITS-90)的溫度值。
Pt00的允差
Pt100鉑熱電阻的允差分為AA級(jí)，A級(jí)，B級(jí)，C級(jí)，10/B級(jí)等等；允差等級(jí)用Δ表示。
Pt100誤差數(shù)據(jù)表(絕對(duì)值)
Pt100引線形式
1、兩線制
在Pt100元件的兩端各連一根導(dǎo)線的引線形式為兩線制。這種引線方式會(huì)帶進(jìn)引線電阻的附加誤差，在使用時(shí)引線不宜過(guò)長(zhǎng)。一般適用于精度要求不高的場(chǎng)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(nèi)引線電阻的影響，測(cè)量精度高于兩線制。測(cè)量三線制鉑電阻的電路一般是不平衡電橋，Pt100測(cè)量電路原理如圖所示：
由于把Pt00接入電橋的銅導(dǎo)線的電阻值會(huì)隨著環(huán)境溫度的變化而發(fā)生變化，如果只把連接導(dǎo)線接在一個(gè)橋臂上，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，連接導(dǎo)線電阻的變化值將與熱電阻RT的電阻變化值相疊加，而產(chǎn)生附加誤差。所以在工業(yè)上普遍采用三線制的接線方法，把導(dǎo)線2與3分別接至電橋的兩個(gè)橋臂上，當(dāng)電線的電阻變化時(shí)，可以互相抵消一部分，以減少對(duì)儀表示值的影響。但誤差減小是有限度的，對(duì)于不平衡電橋，只有在儀表刻度的始點(diǎn)才能得到全補(bǔ)償，而在滿刻度時(shí)上述的附加誤差是最大的。對(duì)于不平衡電橋還要考慮電源引線的附加溫度誤差，當(dāng)有電流流過(guò)熱電阻連接電源的導(dǎo)線1時(shí)，會(huì)有一定的電壓降，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，電橋的上、下支路電壓也會(huì)隨之發(fā)生變化，從而給儀表帶來(lái)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(cè)量時(shí)，要采用四線制。當(dāng)測(cè)量電阻數(shù)值很小時(shí)，測(cè)試線的電阻可能引入明顯誤差，四線測(cè)量用兩條附加測(cè)試線提供恒定電流，另外兩條測(cè)試線測(cè)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(guò)電壓表，這樣就可以精確測(cè)量未知電阻上的壓降，通過(guò)計(jì)算得出電阻值。
Pt100穩(wěn)定性
Pt100有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，典型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：在400℃持續(xù)1000小時(shí)，0℃時(shí)的最大溫度漂移為±0.04%。
Pt100的自熱和測(cè)試電流
以常規(guī)產(chǎn)品為例，Pt100測(cè)試電流為0.3~1mA，Pt1000測(cè)試電流為0.1~0.3mA。實(shí)際應(yīng)用時(shí)Pt100測(cè)試電流不應(yīng)超過(guò)允許值！??！例如：當(dāng)Pt100測(cè)試電流為1mA時(shí)，溫升為0.1℃，當(dāng)測(cè)試電流為2mA時(shí)，溫升為0.49℃。并且Pt100自熱溫升的數(shù)據(jù)同產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也有很大的關(guān)系，如保護(hù)管的直徑、材質(zhì)，內(nèi)部填充物的種類，測(cè)試條件等。
絕緣電阻
熱電阻常溫絕緣電阻的試驗(yàn)測(cè)試電壓可取直流10-100V任意值，環(huán)境溫度在15~35℃范圍內(nèi)，環(huán)境濕度應(yīng)不大于80%，常溫絕緣電阻值應(yīng)大于100MΩ。
Pt100響應(yīng)時(shí)間
當(dāng)溫度階躍變化時(shí)，Pt100傳感器的輸出變化至量程變化的50%所需要的時(shí)間稱為響應(yīng)時(shí)間，用τ0.5表示。影響τ0.5的因素與保護(hù)管的材料、直徑、壁厚有關(guān)，而且還與其結(jié)構(gòu)形式、安裝方法、置入深度以及被測(cè)介質(zhì)的流速、種類有關(guān)。
Pt100元件響應(yīng)時(shí)間典型數(shù)據(jù)值如下：
綜合誤差
溫度傳感器在測(cè)量過(guò)程中主要誤差來(lái)源：傳感器對(duì)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(dòng)態(tài)相應(yīng)誤差，干擾誤差等。其中有些誤差是在一定條件下才會(huì)出現(xiàn)，并且通過(guò)一定的措施是可以消除和減小的。
測(cè)量結(jié)構(gòu)
Pt100鉑電阻由外保護(hù)管、延長(zhǎng)導(dǎo)線、測(cè)溫電阻、絕緣導(dǎo)熱填充物裝配而成。絕大部分測(cè)溫場(chǎng)合使用的都是此類產(chǎn)品。另外適用于剛性保護(hù)管不能插入或需要彎曲測(cè)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(hù)套管整體拉制而成，頂部焊接鉑電阻，抗震性能好，測(cè)溫范圍寬，并且長(zhǎng)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
熱電阻選型確定溫度傳感器的類型、實(shí)際使用溫度范圍、精度、尺寸及安裝固定方式等，這方面知識(shí)請(qǐng)移步至http://m.opd2d.com/Product/pt/PT100/
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