实验室热电阻温度计标定方法研究

　　热电阻具有测温范围大、稳定性好和耐氧化等特点,是温度测量中应用最广泛的传感元件之一[1]。当热电阻温度计使用年限比较长,应用场合发生变化,如导线长度改变,或者精度要求高的场合担心出厂有偏差时,就需要对其进行标定。本文根据热电阻测温原理,提出一种实验室可行的热电阻温度计常温下标定方法。

　　1　热电阻测温原理

　　物质的电阻率随温度的变化而变化的现象称为热电阻效应。大多数金属导体的电阻随温度的升高而增加,其变化关系可由下式表示:

显然,α越大,灵敏度K就越大,纯金属的电阻温度系数α为0·003% ~0·006% /℃。但是绝大多数金属导体的α并不是一个常数,它也随温度的变化而变化,只是在一定的温度范围内,把它近似地看作一个常数[2]。下面以铂热电阻为例具体说明测温原理。

　　若已知电阻—温度关系,就可以用测量电阻的方法来推算出温度,这就是电阻温度传感器的工作原理。当测温范围不大、元件长度和截面积随温度改变引起的阻值变化可以忽略时,热电阻元件的阻值随温度变化可以认为是线性的,如公式(1)所示,对于Pt100,在t=0℃时,R0=100Ω;当t=t1时, Rt=Rt1,则有

通过测量t1温度下Pt100的阻值,就可以通过上面公式的变形计算出此时测量端的温度。

铂热电阻测温电路的原理如图1所示,其中,Rt为铂热电阻,R1、R2为固定电阻, R3为可调电阻, A为检流计

　　电路工作时,不考虑导线的电阻值,R1、R2、R3、Rt组成一个平衡电桥,改变R3电阻的阻值,直到电桥处于平衡状态,在此情况下,检流计的对角线无电流通过,电桥处于平衡位置。则有R1*Rt=R2*R3,令R1=R2,则Rt=R3。这样,就通过电桥的方法测量出t1温度下铂热电阻的阻值,进而利用公式(4)算出此时的温度。

　　实际工程中,当铂热电阻到测量仪表的输入端,距离达到几十米甚至几百米时,导线的阻值就需要考虑。参照图1,考虑导线电阻,则新的电桥平衡的公式为R1(Rt+Rob)=R2(R3+Roa)。导线采用三芯屏蔽线,a、b和c点到铂电阻两端的长度相等,导线电阻值也相等。这样两根引线的电阻对称地分别接入等式两边,因而导线电阻RL的影响在很大程度上被排除掉了。所以正确的接线方式应是从铂热电阻接出三线,对应地接入巡检仪或者温度模块[3]。

　　另外还有一种两线出三线入接法,从铂热电阻端两线出,到模块再并出一根线,三线接入。虽然也是三线接入(如图2所示),但是对温度却有影响。要使电桥达到平衡,则b、a两点的电位相同,且三条引线导线电阻均为RL,则R3=Rt+2RL,所以