热电阻论文.doc
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1、 摘 要科学技术的迅速发展和生产过程的日益自动化,大大提高了产品的质量和劳动生产率,降低了材料和能源的消耗。这就提高了对科学和生产过程中每一个参数测量精度的要求。温度作为生产过程中的重要参数,受到了人们越来越多的重视。根据温度咨询委员会(CCT)的推荐,国际计量委员会根据1987年第十八届国际计量大会第7号决议的要求,于1989年会议通过1990年国际温标ITS-90。我应用计算机语言(VB 6.0)开发软件来模拟新国际温标下的热电阻校验过程。通过公式计算、公式计算与调用数据库相结合两种方法来模拟被校验热电阻的测温过程,通过调用数据库来模拟标准热电阻的测温过程。本文给出了铜热电阻和铂热电阻的几
2、种温度阻值转换公式,同时还给出了软件的编制方法、操作过程、所应用原理以及计算结果的分析。通过分析验证,此软件能够在新国际温标下准确的对Cu50、Cu100、Pt10、Pt100热电阻进行校验。关键词:热电阻;校验;Visual Basic 6.0;ITS-90;温度AbstractWith the science and technology developing quickly , production is becoming automatic day by day. It has improved the quality and productivity of productions a
3、nd has reduced the consumption on of materials and energies consumedly. Therefore the request of the accuracy with the measure parameters in science and production is enhanced. As an important parameter in production, temperature has caught peoples attention more and more. According to the recommend
4、ation of Communication Committee of Temperature (CCT), the international calculation committee has adopted the international thermometric scale ITS-90 on the basis of the requirement of the seventh resolution which was argument passed in the eighteenth international calculation meeting of 1987, in 1
5、989. I have developed a software with computer language (Visual Basic 6.0) to imitate the calibration process of resistance temperature detectors (RTDs) under the new international temperature standard. By using formula calculation and formula calculation combined with database to imitate the RTDs w
6、hich is calibrated, transfer database to imitate the standard RTDs. This article gives the temperature and resistances conversion formula about Copper_resistance and Platinum_resistance, the compilation method and the operate process of the sofeware, the principle and the result analysis. Through an
7、alysis and verification, it can be used on calibrating Cu50, Cu100, Pt10, Pt100 accurately under the new international termperature standard.Key words:resistance temperature detectors;calibration;Visual Basic 6.0;ITS-90;temperature 目 录第1章 前言1第2章 温度及温度检测仪表的概述3第3章 热电阻测温仪表53.1 热电阻温度传感器的测温原理53.2 热电阻温度传感
8、器的特点53.3 常用热电阻6第4章 热电阻的校验84.1 阻值校验方法84.2 比较校验方法9第5章 热电阻校验软件的设计115.1 软件编制的背景115.2 软件编制的准备工作125.3 软件的编制195.4 软件的功能及应用20第6章 结论25参考文献26致 谢27第1章 前言一、问题的提出及意义温度是国际单位制中7个基本的物理量之一,温度测量在工业和科学研究中得到广泛的应用。其作为生产过程中的重要参数,受到人们越来越多的重视。目前,各国都在努力研究以获得更为精确、有效的测温方法。热电阻温度计是一种常用的测温仪器。它是利用物质(一般为纯金属)的电阻值随温度的变化而变化并呈一定函数关系的特
9、性,制成温度传感器来进行测温的。其具有测量精度高,稳定性好,灵敏度高,应用范围广等许多优点。因此在工业生产和科学实验中得到了越来越广泛的应用。热电阻使用一段时间后,为保证其精确度和正常使用,需要对其进行周期校验。因此,为了使测温准确,我们必须对热电阻进行校验,看其电阻值随温度的变化关系是否准确。在工业上,传统的校验装置由程序给定器、PID调节器、温度显示记录仪、可控硅等组成控制系统来控制温度,等待炉温稳定后,用手动电位差计测量毫伏电动势,或用惠斯通电桥手动测量热电阻,然后手动查表、数据处理。这种方法操作繁琐、耗时长、浪费能源,也容易带来一些人为的误差。工业上通常采用直接比较法校验,比较法校验是
10、将被校验热电热电阻和标准热电阻直接比较的一种校验方法。校验时,把被校验热电阻与标准热电阻捆扎在一起送入检定炉,测量端应位于检定炉均匀的高温区中,检定炉内的温度应恒定在被校温度点。自国际温标ITS-90实行以来,各国温度基准实验室对ITS-90又进行了新的一轮研究,对ITS-90存在的问题提出了新的解决办法,在热力学温度测量领域不断取得进展。我国在1991年开始执行ITS-90国际温标以后,长时间没有更改旧的热电阻分度表,直到1997年6月才发布JB/T8622-1997热电阻分度表。我专业实验室的热电阻及仪表由于标准的变更早已淘汰,在没有新的设备配置的情况下,我应用计算机语言(VB 6.0)开
11、发软件来模拟新国际标准下的热电阻校验过程。二、问题的研究现状随着科学技术的不断发展,人们对热电阻的研究也越来越深入,对热电阻的测温要求也越来越高。上海电动工具研究所的黄凯、马越强研制出新型的电动工具热电阻测试仪及温升计算软件,使温升测试也能实现自动化;李亚军研制了一种新型的、用于热电阻检定的数字式标准仪器,代替了以往使用的专用电桥;山东东营胜利油田的王天宇与山东东营石油大学的华陈权设计了工业热电偶、热电阻自动检定装置,能够自动给定检定温度,自动控温,自动记录数据、处理数据,实现了自动连续检定;华东船舶工业学院的陆金铭利用IPC-610工控以及PCL-813 A/D卡,构成铂热电阻自动测温系统,
12、用软件克服了铂热电阻的非线性;山东省计量科学研究所的韦靖、孙淑兰研究了用二等铂电阻温度计标准装置检定工业铂热电阻的不确定度;中国计量科学研究院的武荷莲、冯玉玲提出了一种用于提高在-200室温范围内使用的工业铂热电阻稳定性的方法。目前,有许多人提出了各种热电阻测温方法。国内外的许多研究机构和制造商,根据工业过程自动化的检测和控制要求,也不断设计和制造出各种各样的热电阻。三、本文的研究内容本文采用比较校验的方法来编制软件对热电阻进行校验。应用公式计算、公式计算与调用数据库相结合两种方法模拟被校验热电阻的测温过程;用调用数据库的方法来模拟标准热电阻的测温过程。同时,给出了铜热电阻和铂热电阻的几种温度
13、阻值转换公式、热电阻校验软件的编制方法以及软件的操作过程、所应用原理和计算结果的分析。本文共分为六章,第一章和第六章分别为引言和结论,其他四章为正文部分。第二章是“温度及温度检测仪表的概述”。介绍了温度的意义和温度检测的重要性,温度检测仪表的工作原理和种类。第三章是“热电阻测温仪表”。介绍了热电阻温度传感器的作用原理、特点以及工业上常用的两种热电阻。第四章是“热电阻的校验”。介绍了热电阻校验的两种方法:阻值校验法和比较校验法。第五章是“热电阻校验软件的设计”。介绍了的校验软件的编制背景、方法以及软件的操作过程、所应用原理。第2章 温度及温度检测仪表的概述科学技术的迅速发展和生产过程的日益自动化
14、大大提高了产品质量和劳动生产率,降低了材料和能源的消耗,从而提高了对科学和生产过程中每一个参数测量精度的要求。温度是表征物体冷热程度的物理量。人们对周围环境或物体冷热的感觉,以及自然界中的热效应,都是用温度这个物理量来描述的。而且,温度是基本物理量,是国际单位制(SI)中7个基本单位之一。它是一个很重要的物理参数,自然界中的任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系,在很多生产过程中,温度测量与控制和安全生产、保证产品质量、提高生产效率、节约能源等重大技术经济指标均相联系。因此在国民经济各个领域中受到了相当的重视,特别是在大、中型企业的工艺流程中,温度是重要的参数之一。据不完全统计,它平均约占热
15、工参数测量点的60%左右,所以,温度检测的质量,往往在很大程度上直接影响着生产的好坏和产品质量的优劣。温度不能直接测量,只能借助于冷热不同的物体之间的热交换,以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。人们根据热平衡观点,设计出各种形式的温度测量仪表:选择某一物体与被测量物体相接触,并进行热交换,当两者达到热平衡状态时,选择物体与被测量物体温度相等,于是,可以通过测量选择物体的某一物理量(例如液体的体积、导体的电阻),得出被测物体的温度数值。当然为了得到温度的精确测量,要求用于测温的物体的物理性质必须是连续的、单值的随温度的变化而变化,并且要求再现性好。测温仪表分为接触式测
16、温的仪表,如膨胀式温度计、电阻温度计、热电偶温度计;及非接触式测温仪表,如辐射式温度计、亮度温度计、比色温度计、真实温度测量仪。目前国内外温度检测仪表中,虽然品种繁多,原理各异,但在工业和国民经济的各部门中,使用最广泛的仍是热电偶和热电阻。它们作为温度传感器,通常用来和显示仪表或调节器等配套,直接测量和控制各种生产过程中从-273+2800范围内液体、蒸汽、气体介质和固体等的温度。它们的产量和产值都很大,约占整个温度传感器的60%,可谓是“量大面广”的温度测量中的“常规武器”。它们之所以能够占据这样重要的地位,完全是由于它们本身的特点和具有不可比拟的优越性所决定的。 其主要优点如下:1. 接触
17、式测温,受外界影响小,测温准确、可靠;2. 可以远传,便利集中测量、控制和调节;3. 结构简易,维修方便;4. 价格便宜;5. 品种齐全,适应性强,测量范围广;6. 具有统一的分度表,便于互换和数据处理。第3章 热电阻测温仪表3.1 热电阻温度传感器的测温原理热电阻是利用物质(一般为纯金属)的电阻值随温度变化而变化并呈一定函数关系的特性,制成温度传感器来进行测温的。以铂电阻为例:感温元件是以直径为0.030.07毫米的纯铂丝绕在有锯齿的云母架上,再用两根直径约为0.51.4毫米的银导线做引线引出与显示仪表连接。当感温元件上的铂丝受到温度作用时,感温元件的电阻值随温度而变化,并呈一定的函数关系。
18、将变化的电阻值作为信号,输入具有平衡或不平衡电桥回路的显示仪表,以及调节器和其它仪表等,即能测量或调节被测量介质的温度。由于感温元件占有一定的空间,所以不能象热电偶那样,用它来测量个别点的温度,然而在有些情况下,当要求测量任意空间内或表面部分的平均温度时,热电阻用起来特别方便。换句话说,热电阻所测量的温度,乃是它所占空间的平均温度。3.2 热电阻温度传感器的特点热电阻温度传感器有如下的特点:(1)适用测量低温。工业上常用的热电阻温度传感器测量范围一般为-200+500,但特殊制作的热电阻温度传感器可测到1K左右,高温也可测到1000。(2)在低温下(500以下),热电阻温度传感器的输出信号比热
19、电偶要大得多,故灵敏度高。(3)因输出是电信号,故可实现远距离检测。 热电阻传感器是由电阻感温元件、自动平衡电桥显示仪表两部分组成的。虽然所有固体金属(导体)的电阻均随温度的变化而变化,但作为测量温度用的热电阻材料一般要满足下列要求:(1)有较大的电阻温度系数。电阻温度系数愈大,热电阻的灵敏度愈高,测量结果就愈精确。(2)有较大的电阻率。因为电阻率愈大,在总电阻相同时,热电阻体的体积就可以小一些,热容量和热惯性也就小一些,这样对温度变化的响应速度就快一些。 (3)在测量范围内,物理及化学性能稳定。 (4)电阻值与温度的关系近似线性,以便分度和读数。 (5)复制性好。 总的来说,纯金属的电阻温度
20、系数比合金要大的多,且纯金属也较易复制,所以实际上都采用纯金属制作感温元件。而以铂和铜两种金属较能满足以上要求,因此铂热电阻和铜热电阻是目前电阻温度计中应用最广泛的两种热电阻。3.3 常用热电阻(一)铂热电阻 铂热电阻测温元件的特点是精度高、稳定性好、性能可靠,被广泛应用于工业和实验室中。铂在氧化介质中,甚至在高温下的物理化学性能都非常稳定,被国际使用温标ITS-90规定为从13.8033K961.78温域内的标准仪器;铂电阻在还原性气氛中,特别是在高温下很容易被还原性气体污染,铂丝将变脆,并改变电阻与温度间的关系。因此必须用保护套管把电阻体与有害的气氛隔离开来。铂的纯度常以来表示。对于基准仪
21、器的铂热电阻其值不得小于1.3925。对于一般工业用铂热电阻,规定其为1.385。铂热电阻的起始电阻的选择应从以下两方面考虑:(1)为了减少引出线和连接导线的电阻值因环境温度变化所引起的测量误差,应取较大的值。(2)从减小热电阻体积以减小热容量和热惯性,提高热电阻对温度变化的反映速度来看,值越小越好。而且值越小,在测量时电流通过热电阻使金属丝加热产生的热量越小,因此而引起的附加误差也越小。综合考虑,我国工业上常用的铂热电阻,分度号为Pt10的=10.00;分度号为Pt100的取=100.00。标准和实验室用铂热电阻的=100.00或=25.00,它们的铂丝较粗,能可靠地用于600以上测温。Pt
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