热电阻范文

时间:2023-10-22 06:49:21

热电阻

热电阻篇1

关键词:热力 热电阻 导热

一、差配方法的差异

现在我们可以注意到,这种落后的差配方不允许显式计算。相反,整个系统的节点必须被写入整个方程组,并同时解决了温度是否确定的问题。因此,我们说,向后差分方法为以后的瞬态分析产生了一个隐含的配方温度。可以按照讨论的方法进行方程组求解。毕奥和傅立叶数字也可以通过使用这个符号以下面的方式定义问题,已建成总结出一些典型的节点方程中都有显式和隐式的配方。对于这种情况,一个明确的前向差分方法的优点是直接计算未来的节点温度,但是,这种计算的稳定性有管辖选择值。自动删除一个较小的值而保留一些最大的值。在另一方面,没有这样的限制施加在从它们的隐含制剂获得的方程的解。这意味着,较大的时间增量可以被选择计算。最明显的隐式方法的缺点是对于每一个时间的数量进行较多的计算。对于涉及大量节点的问题,隐式方法可能会导致花费更多的时间在最终的解决方案里面,大多数问题只涉及一个节点数量,对于瞬态热传导一个数值分析的许多应用探讨问题,这应该是显而易见的,现在有限差分技术可适用于几乎任何情况,只需一点点耐心复杂的问题就会变得相当容易解决,只有适度的计算机设施。使用微软的Excel表格中的瞬态热传导问题的解决方案在讨论传导传热问题中有限元方法是非常必要的。

二、热电阻能力

热电阻温度检测原理:纯金属和大多数合金的电阻率都随温度升高而增加,即具有温度系数。热电阻温度计就是利用金属导体的电阻值随温度变化而改变的特性来进行温度测量的。也就是说在一定温度范围内,电阻-温度关系是线性的。温度的变化,可导致金属导体电阻的变化。这样,只要测出电阻值的变化,就可达到测量温度的目的。

在电子电路和电气设备中,通常都需要电压稳定的直流电源供电,直流电源可分为两在类,一类是化学电源,各种各样的干电池、蓄电池、充电电池等电源;其优点是体积小、重量轻、携带方便等,缺点是成本高,易污染。另一类是稳压电源,它是把交流电网220V的电压降为所需的数值,然后通过整流、滤波和稳压电路,得到稳定的直流电压,这是现实生活中应手比较广的一类。直流稳压电源的姐成一般是由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成。 电源变压器的功能交流电压变换部分,将电网电压变为所需的交流电压,并将直流电源与交流电网隔离;整流部分的作用产将变换后的交流电压转为单方身的脉动电压。单方向在脉动电压存大很大的脉动成份,不能直接提供给负载,脉动谐波成份成为纹波。电路形式有半波整流、全波整流、桥式整流等形式;滤波电路的作用是滤除交流分量,得到更纯净的直流电源;稳压部分的作用是维持输出直流电压的基本稳定。经过滤波电路后的电压和稳定性比较差。电压受温度、负载、电网电压波动等因素的影响较大,故需要稳压电路来保持电压的恒定。

导热率K是材料本身的固有性能参数,用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的,只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的,并不会因为厚度不一样而变化。但如果仔细看一些导热材料的资料,会发现很多导热材料的热阻值,同厚度并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成,相应会有非线性变化。厚度增加,热阻值一定会增大,但不一定是完全成正比的线性关系,可能是更陡的曲线关系。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值,应该是材料本身的热阻值加所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同,就会产生不同的接触面热阻值,也会得出不同的总热阻值。

物理科学就是这样,很多参数是无法真正的量化的,只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据,人们可以将一些数据量化,而用于实际应用。此处所说的“模糊” 是数学术语,“模糊”表示最为接近真实的近似。 而同样道理,根据热阻值以及厚度,再计算出来的导热率K值,也并不完全是真正的导热率值。 傅力叶方程式,是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是复杂的数学模型,会有很多的修正公式,来完善所有的环节可能出现的问题。

三、稳态的瞬态解除极限情况

正如我们所看到的,稳态数值配方的结果,当右侧被设置为零导致在不稳定情况下计算时使用大量的时间增量来计算。同时,很难获得一个稳态的解,后一种方法可能会出现相当繁琐的计算步骤,高斯赛德尔迭代方法用于解决许多稳态数值问题,如何去解决,当然还有许多采用计算机的计算。如果产生的热变电阻从对流边界条件或者可变热导率遇到变化时,一般的解决方案的稳态极限可以提供的优势是会记得直接的稳态解,当可变热阻力出现,由此产生的稳态节点方程变为非线性的,其解决方案可能很难有所改变。这种情况下,短暂的解决方案仅仅是要求每个电阻在每个时间增量端部进行重新计算,电阻可以是直接输入,如在节点方程的变量中添加计算,然后对于足够大数量的时间增量进行极值计算,直到温度值不再发生显著变化。在这一点上,才能稳态下的结果值。

参考文献

[1]胡居传,岳永亮,王铁恒,苑广,张振胜.热管的应用及发展现状.制冷,2011,20(3):

热电阻篇2

【关键词】热阻 电力电子系统 热设计

电力电子技术是综合电子学、电力学、控制领域等学科的交叉学科。电力电子系统集成是电子技术领域大众普遍关注的课题,电力电子技术必然成为未来领域研究的热点和方向,也在一定程度上决定电力电子技术未来的兴衰命运。此时,相对应的冷却技术也应与之保持同步发展状态。但电力电子装置的负载下与其应用之前的矛盾更加尖锐,也会阻碍电力电子技术的发展。制定热控制方案时,电子元器件最高允许温度和功耗为主要设计参数,热分析是展开热设计的基础,安全、可靠的热分析是进行热评估的主要手段。热分析应贯穿热设计始终,为修改并完善整个方案提供重要依据。文中以热设计要求和传递方式为基础,以直流-直流电源模块热设计实例介绍热设计要点和安全性。

1 热设计的基本要求及传递方式

1.1 热设计基本要求

运用计算机模拟手段,在设计初期获得温度分布数据。设计初期即可掌握产品存在的热缺陷,并对其设计进行改进,创建一个满足要求的环境温度控制系统。换言之,就是设计相应的冷却系统,由热源至热沉间提供低热阻通道,确保热量顺利传递下去。同时,该设计能控制所有电子元器件温度,确保其设备所处环境不超过最高允许值,保障电子产品在合理的热环境下进行工作。电子产品热设计要依据产品可靠性及其所处环境确定热设计目标,通常情况下,设计师根据热设计目标及设备重量、结果等展开设计,主要包含选择恰当的冷却方法、安装元器件、设置变压器、模块散热结构等。电力电子系统热设计应与电路设计和结构相结合,保障满足设备的可靠性要求。

1.2 热传递主要方式

1.2.1 传导散热

传导散热是当物体直接接触时进行能量交换的情况。必须注意,不同物体的导热机理有所不同,非导电固体、液体利用物体内部分子运动的弹性波达到传递热量的效果。在金属材料中,主要利用自有电子运动传递能力。因此,导电性能较好的材料,其导热性能佳。传导散热计算公式为:

Q=KAt/L (1)

上述式子中,Q表示传导散热量,A表示导体横截面积,L表示传热路径长度,表示传热路径两端温差。

1.2.2 辐射散热

辐射散热是利用电磁波传递能量的情况。热量传递过程中,由热能转变为辐射能,被物体吸收后变为热能。热辐射无需介质,在真空环境下热辐射最强,因此,外层飞行器运用辐射换热非常有利。辐射散热计算公式如下:

Q=・・T4 (2)

其中,Q表示辐射散热量,T表示绝对温度。

1.2.3 对流换热

对流换热设置流体流过固体壁面发生的能量交换情况,它与流通宏观运动密切相关,且与流体物理性质及换热面几何形状,设计位置等因素密切有关。流散热量计算公式为:

Q=hAt (3)

在上述式子中,Q表示对流散热量,h表示换热系数,A表示有效换热面积,t 表示换热面积与流体温差。

2 热设计主要考虑因素

2.1 系选定的热阻模式

电力电子系统模块是发热体与散热体相互组合的形式,从热管理层面来说,更多的关注该系统内部发热体与散热体如何进行热传递。在各种热传递方式中,热阻表示某物体阻止热传递的能力,热阻是阻止热量向下一个环节传递的重要设计。热阻和电阻的概念有一定相似之处,如果某个物体传热功率为1W时,促使导热路径两端存在温差。

从进行热设计的方面来说,其主要工作是将发热体所产生的热量借助相应的散热体传递至系统外环境中。发热体主要零件有:电阻、变压器、功率半导体等,发热体内部热流抵抗称作内热阻。模块根据设计的电路图,对各个发热零组件实施构装设计。散热体主要由致冷器、导热胶等零件组成,在零组件空间内的等效热阻称作外热阻。电力电子系统热阻模式如图1。系统等效热阻是发热体总等效热阻与不同散热体等效热阻串联方式呈现的效果。

2.2 热平衡验证

热分析就是以能量守恒为基础设计的热平衡方程,借助有限元法计算不同节点温度,并获取其它热物理参数。

热分析就是以能量守恒为基础设计的热平衡方程,借助有限元法计算不同节点温度,并获取其它热物理参数。热分析主要包括稳态和瞬态传热,从传热学理论角度来说,热分析根据能量守恒定律,

Q-W=U+KE+PE (4)

上述公式中,Q和W分别表示热量、做工,U、KE表示系统内能和动能,PE 表示系统势能,部分工程传热问题中,一般考虑是否做工,如果W=0,则Q=U;对稳态热进行分析,Q=U=0,表明流入和流出热量处于相等状态;瞬态热分析如下:q=Du/dt,表示流入和流出热传递数量与系统内能为相等状态。分证传热计算的正确性就是判定热量是否满足热平衡方程。热平衡能力守恒程序部分代码为:

POST1 //进入后处理;

SET,LAST //读取最后一步结果;

*GET,NMAX,NODE,NuM,MAX //获取模型的最大节点号;

*GET,NUMBER,NODE,COUNT //获取节点数;

*IF,NSEL(K_B),EQ,1,THEN //判定本节点是否选中;

*GET,S,NODE,K_B,ABS(HFLU) //若是将该节点的HFLU赋给变量S;

*SET,SUM,SUM+S

*ENDDO.

2.3 发热零组件

挑选发热零组件时,应充分考虑各组件实施组装是接触外部结构的散热装置,例如:散热片、导热胶等。必须注意,发热零件或设计的模块不同,在单位时间内其散热量也有所差异,导致各组件进行构装时均存在一定距离,待系统电源有所稳定后,热传导方可达到热平衡效果。环境温度不管是自然或强制对流,如果外部散热系数增加,热阻值变小。

3 分析直流-直流电源模块热设计

目前,直流-直流模块电源广泛用在传输、交换、数据等通信和监控设备内容,如何提出高|量、可靠性高、低成本的电源来提升产品竞争力,成为每个业界人士重点关注的课题,为适应市场对电源性能提出的高要求,以热阻为基础进行热设计尤为重要。在对直-直流模块展开设计时,优秀设计者从低压大电流、高效率、宽输入范围等要求内,尽可能满足客户对电源效能的期望和需求。

3.1 选用分布式电源

分布式与集中式电源概念有所差异,前者进行设计透过前端电源,提出由直流埠分配至不同直-直流模块的电源管理方法,这种设计可有效分散热源并对其实施优化处理。设计者必须注意不要让个别供电超过最大功率值,使用者要保障整个系统设计的功率不超过系统设定上限,检验电源供应器设计的建议功率值。

3.2 散热问题

想要移除直-直流模块内变压器所产生的热,主要使用风扇冷却或增设散热片空气对流等方法达到散热的目的。不得不说,上述两种散热方法均有一定限制。部分变压器因受到铁芯外露、材料等方面的影响,促使散热片尺寸增加。此时,系统中发热零件产生的热能主要集中在某个区域内也是困难所在。

4 结论

总之,热设计射界物理学、化学、环境学、传热学等多学科知识,一个优秀的热设计师必须掌握热设计基本理论及相关知识,从系统、单元、模块至元器件、材料等进行综合分析和设计,如果一个环节失控,就无法达到预想的设计效果。因此,文中根据热阻对电力电子系统进行热设计,以期为从事热设计人员一些启发和引导。

参考文献

[1]黄韬.大容量通用电力电子功率模块散热系统的设计[J].华电技术,2013,17(09):15-18.

[2]吴芳.现代电子系统中电源技术的发展和应用[J].电源技术应用,2014,11(03):18-18.

[3]张娅妮,胡清.某机载电子设备热设计[J].现代电子技术,2013,36(03):151-153,157.

作者单位

热电阻篇3

关键词:PTC热敏电阻;特性;改进应用

中图分类号:TN373 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2013) 24-0000-02

一、前言

PTC热敏电阻具有正温度系数热敏电阻,并且是具有温度敏感的半导体电阻,随着温度的升高电阻率增大。PTC是指人们通常叫非线性PTC效应的材料,即,在一定的温度范围内的变化,材料的电阻率不变或只有很小的,当温度达到一个特定的过渡料点的温度(居里温度),材料的电阻率发生在几个或几十度突变的温度范围很窄,电阻率迅速增加103-109个数量级。

陶瓷材料通常用作高性能优良的绝缘体,陶瓷PTC热敏电阻却以钛酸钡为基,掺杂其他制造多晶陶瓷材料,具有低电阻导电性能和半。一个价更高的掺杂材料的目的为基体元素晶体实现:在钛酸钡晶格的一部分或离子通过离子更昂贵的替代,它得到了自由电子导电数。PTC热敏电阻的影响,也逐步增加阻力的原因,是材料的结构是由许多小晶粒,晶粒的界面,所谓的晶粒边界(晶界)上形成的障碍,阻碍了电子进入相邻的区域,和因此产生的高电阻。这种效果是在低的温度偏移:在晶界的高介电常数和自发的在较低的温度下极化阻碍势垒的形成和电子可以自由地流动。但这种效果在较高的温度下,介电常数和极化强度大大降低,造成的障碍和阻力大大增加,表现出较强的PTC效应。

二、PTC材料的三大特性

PTC具有的3个主要特性,即电压-电流特性、电流-时间以及电阻-温度特性。

(一)电压―电流特性(V-I特性)

电压―电流特性即伏安特性,是指在25摄氏度静止空气中,加在热敏电阻器引出端的电压与达到热平衡的稳态条件下的电流之间的关系。它展示了PTC热敏电阻在加电气负载达到热平衡的情况下,电压与电流的相互依赖关系V-T特性见图1。

PTC热敏电阻伏安特性大致可分为三个区域:本在0-Vk之间的区域称为线性区,此区域的电压和电流的关系基本符合电路欧姆定律,不产生明显的非线性变化,也称不动作区。在Vk-Vmax之间的区域称为跃变区,此时由于PTC热敏电阻的自热升温,电阻值产生跃变,电流随着电压的上升而下降,所以此区也称动作区。在VD以上的区域称为击穿区,此时电流随着电压的上升而上升,PTC热敏电阻的阻值呈指数型下降,于是电压越高,电流越大,PTC热敏电阻的温度越高,阻值越低,很快导致PTC热敏电阻的热击穿。

(二)电流-时间特性(I-T特性)

见图2,电流-时间特性是指热敏电阻器在增加电压过程中,电流变动的特性。开始加电压瞬间的电流称为起始电流,平衡时的电流称为残余电流。一定的环境温度下,给PTC热敏电阻加一个起始电流,通过PTC热敏电阻的电流降低到起始电流50%时经历的时间即动作时间。电流-时间特性是自动消磁PTC热敏电阻、延时启动PTC热敏电阻、过载保护PTC热敏电阻的重要参考特性。

(三)电阻―温度特性(R―T特性)

电阻-温度特性通常是一个电阻温度特性,是指在规定的电压下,PTC热敏电阻零功率电阻与电阻体温度相互的依赖关系。零功率电阻是指在一定温度下的热敏电阻值的测量,并在PTC热敏电阻上功率消耗很低,低到PTC热敏电阻的功耗引起的电阻变化是可以忽略不计的,零功率额定零功率电阻是指25℃率测量的电阻值的环境温度。R-T特性见图3。

三、应用

PTC发热元件在国内及世界各国广泛而大量用于工程测量与控制、电子娱乐设备、家用电器、汽车电子、通讯等领域,以及民用领域如洗衣机电子门锁、熔胶枪、卷发器等。

(一)医疗美容呼吸器型PTC加热器

1.简介。医疗美容呼吸器型PTC加热器,主要应用PTC体积小,安全,无明火,自动控温的特点,将PTC热敏电阻发热片应用到医疗器具中来,渐渐成为了人们研究开发的新方向。

传统产品PTC加热器需通过温控装置控制电热丝的温度加热液体,温控装置一旦失灵,易烧坏容器,易烫伤人体,而且对液体的蒸发量不能匀速控制。采用PTC加热,节能安全,恒定的温度又能匀速控制液体蒸发。片状集成液体型PTC加热器是由一片或多片集成的PTC陶瓷发热元件,采用聚酰胺薄膜绝缘外加片状保护壳组合而成,使之直接接触被加热液体利用热对流进行加热的PTC加热器。PTC加热组件外壳利用抛光氧化的铝型材紧压,分高、低两档加热控制(起到节能效果),铝型材密封固定在塑料锅上,液体加入塑料锅内与铝型材平整面接触,通电后PTC先用高档发热加热铝型材,通过热传递快速加热液体使之以蒸汽的方式蒸发,再转换低档加热控制液体匀速蒸发。把美容或治疗所需的药物溶入水中倒入该容器,通过其他连接通道,可以把蒸发上来的蒸汽通到脸部用于面部美容,也可以把蒸发上来的蒸汽通到鼻孔口,通过呼吸进入人体内,可以用于医学治疗,开辟了新的使用领域。

2.工作原理。图4所示是一应用PTC热敏电阻实现恒温加热的呼吸器型PTC加热电路,如果温度指数高于40℃的时候,热敏电阻PTC阻值增大晶体管T1基极电位将会升高,T1导通,T2也导通,晶闸管VS的触发极被T2短路,晶闸管VS阻断,保温加热器R7不工作。如果出现温度低于30℃的时候,PTC阻值会变小,T1、T2截止,R5、C2及R6组成移相电路,使晶闸管VS导通,保温加热器R7通电发热。这样,在热敏电阻控制中,温度将会维持在30℃-40℃左右。R5、D、WD及C1组成的电路具有降压、半波整流、稳压及滤波功能,可为T1、T2提供直流电压。R1、R2及PTC是T1的偏置电路。若调节R2,改变T1的基极电位,可实现改变保温温度。

多功能离子蒸汽吸入器,无需温控装置,匀速自动控制液体蒸发量。由于PTC发热器件是劳动密集型产品,随着人工成本的上升和企业规模的不断扩大及质量稳定性的要求不断提高,实施后为医疗美容行业提高生产效率,实现安全操作,充分满足市场对PTC发热器件的需求。

(二)空调型PTC加热元件

1.简介。利用恒温加热PTC热敏电阻恒温特性设计的加热元件,在小功率加热场合中,PTC加热元件具有恒温发热、自然寿命长的优势,热转换率高、受电源电压影响极小,传统发热元件无法胜任。因此,在传统的PTC发热元件技术基础上进行攻关,调整配方体系和受主杂质的比例,结合工艺内部的细节调整,解决相关PTC发热片的耐压问题和功率衰减等技术难题,研制开发了空调型PTC加热元件,可大大提高产品的安全性能和延长产品使用寿命。

2.改进。老产品元件通电600V保压1分钟勉强能通过,时有出现击穿现象;新产品元件通电650V保压三分钟能通过。老产品组装成组件500V连续通电5分钟能勉强通过,新产品组装成组件500V连续通电15分钟能通过;大大提高了安全性能。老产品组装成组件253V连续无风通电1000小时功率衰减在9%-14%之间,超出要求;新产品组装成组件253V连续无风通电1000小时功率衰减小于7%,大大延长了产品的使用寿命。空调型PTC加热元件已被格力、美的、海尔等知名空调企业认可,有很大的市场,由于性价比高,已大批供货,项目具有很好的经济和社会效益。

四、结束语

PTC作为一个新兴的材料和成分正在受到人们的重视,特别是开发和利用聚合物基PTC材料,将在未来的每一个领域都有着广泛代替传统的加热的方法和电路保护方式,以便在相关领域的革命性变化。随着科学研究的发展和生产技术提高,PTC特性将继续发展和成熟,其应用前景将更加广阔。

参考文献:

[1]吕国泰,吴项.电子技术[M].北京:高等教育出版社,2001(05).

[2]宋宝荣,唱润忠."PTC"在家用电器中的应用[J].电工技术,1994(01):45-46.

[3]席军,刘廷华.PTC热敏电阻的开发应用现状[J].塑料,2005(04).

[4]李加升,卜燕萍,曾静.PTC热敏电阻及其应用研究[J].湖南农机,2007(05):13-15.

热电阻篇4

【关键词】测温原理 精度分析正确安装减小干扰

中图分类号: TM54 文献标识码: A 文章编号:

一、概述

在电力基建中,保证各类型机组投入运行后,安全稳定长周期,是施工企业的宗旨。它不但衡量机组安装质量的好坏,更关系到人的生命安全。而在众多监测电气设备安全运行的因素中,温度的监测显得尤为重要,如:发电机定子温度、轴承、轴瓦变压器铁心温度等,我们可以通过温度的变化趋势判断设备的工作状况,将事故消灭在萌芽状态,减小经济损失。因此如何使机组的在线温度测量准确,关键是热电阻正确安装,连接处严密,杜绝“跑、冒、滴、漏”等问题,消除或减小信号回路干扰,是保证测温精度的前提。

二、热电阻的测温原理

电阻温度计是基于金属导体或半导体电阻值与本身温度差成一定函数关系的原理实现温度测量的,即金属导体或半导体的电阻— 温度函数关系一旦确定后,就可以通过测量置于测温对象之中并与测温对象达到热平衡的热电阻的阻值而求得对象的温度.它一般应用在-200℃~500℃ 范围内的温度

测量。金属导体或半导体的电阻与温度关系一般可表示为:

R t=R to [1+α(t-t0)]

式中Rt----温度为t时刻的电阻值 R t o----温度为to时刻的电阻值

α----电阻温度系数,即温度每升高1℃时的电阻相对变化量

热电阻目前可分为:Pt100 、Cu50、BA1、BA2等分度号,在使用中常用连接导线及电阻则量仪表(显示部分)等组成。由于它输出的是电阻信号,故它可以远距离显示或传送信号,便于集中监控。

三、提高安装精度对测温精度提升的分析

机组在线温度测量准确,关键是热电阻正确安装,连接处严密,杜绝“跑、冒、滴、漏”等问题。因此在取样开孔、插座套管安装等环节即严格把关,从而提高安装精度,下面我们就进行分析。

3.1插座的选定应通过核对温度计的尾长,螺纹的规格(螺纹式)等来进行选定,同时还应注意插座在材质的选用必须符合被测介质的压力、温度要求,且与(如为焊接式)主管道材质相符。

3.2按图纸设计要求确定测点的位置,测点开孔位置应按设计或制造厂规定进行,如无规定时应根据工艺流程系统中测点和设备、管道、阀门等相对位置选择。同时应注意:严禁在焊缝及其边缘上开孔及焊接,必须开凿时测孔离焊缝和管子的弯曲起点要大于管道直径且不得小于100mm;取源部件之间的距离应大于管道外径但不小于200mm,压力和温度测孔在同一地点时压力测孔在温度测孔前(按介质流量而言);高压等级以上管道的弯头处不允许开凿测孔,测孔离管子弯曲起点不得小于管子外径,且不得小于100mm;测孔应尽量选择在便于维护和检修的地方,若在高空处应有便于维修的设施。

测孔的开凿一般在热力设备和管道正式安装前或封闭前进行,禁止在已冲洗的设备或管道上开孔。取样孔开凿完毕后,若不能立即安装插座,则应对取样孔进行临时封堵,以免杂物落入主管道及设备内。

3.3插座及套管的找正、固定、焊接及热处理。安装插座前首先应核对插座的形式、规格,并且依据光谱分析来核对插座的材质。插座应有焊接坡口,焊接前应把坡口即测孔的周围用锉或砂布打出光泽并清除掉测孔内边的毛刺;合金钢焊件电焊后必须先经预热才允许焊接,焊接后焊口必须进行热处理;插座焊接或热处理后必须检查其内部,不应有焊瘤存在,带丝扣的插座应有用石棉布覆盖以防止焊渣落入丝扣,焊接后应用相应的丝锥重过一遍;压力取出装置和测温元件应有足够长度使其端部露出保温层,若插座长度不够可选用适当大小的钢管接长后再焊;插座焊接后应采取临时措施将插孔封闭,如:加临时丝堵以防异物掉入孔内。

3.4元件安装前将临时丝堵卸下并清理插座内部。根据测温元件固定方式的不同: 固定装置为固定螺纹的热电阻,可将其固定在由内螺纹的插座内,它们之间用垫片起密封作用(高温高压介质,采用金属平垫,如:退火的紫铜垫片;低压部分介质,如:油介质,则通常采用钢纸垫进行密封); 保护套管为焊接形式的热电偶热电阻,核对保护套管的光谱分析单,选用合适的焊接材料,选择合适的插入深度进行焊接。

3.5压力式温包必须全部浸入被测介质;热电阻的套管插入有效深度(从管道内壁算起):介质为高温高压主汽,当管道通径等于或小于250mm时,有效深度为70mm;当管道通径大于250mm时,有效深度为100mm;对于管道外径等于或小于500mm的汽、水、油介质,有效深度约为管道外径的1/2;外径大于500mm时,有效深度为300mm;测温元件应装在能代表被测介质温度处,避免装在阀门弯头及管道和设备的死角附近。

3.6对于承受压力的插入式测温元件,采用螺纹安装方式时,必须严格保证其接合处的密封,因此各接合部分先使用凡尔砂和专用磨具进行研磨擦净,金属垫片和测温元件的丝扣部分应涂擦防锈或防卡涩的材料,以便于拆卸;带固定螺纹的测温元件,在安装时应使用合适的呆扳手,以防安装中损坏六角螺母,紧固时可用管子加长扳手的力臂,但切勿用手锤敲打,以免振坏测温元件;安装在高温高压汽水管道上的测温元件,应与管道中心垂直,低压管道上的测温元件倾斜安装时,其倾斜方向应迎向流体;双金属温度计为就地指示仪表,应装在便于观察和不易受机械损伤的地方;水平装设的热电偶和热电阻,其接线盒的进口线一般应朝下,以防杂物等落入接线盒内。

四、测温误差的引入及解决方法

测温仪表是通过测温元件的电阻值的测量来检测温度的,所以引线电阻值的大小、引线电阻的变化(受温度影响)及信号回路的干扰直接影响其测量精度,因此必须采取措施来消除引线电阻及干扰所引起的误差,从而提高测量精度,下面我们就进行分析。

4.1引线电阻的补偿方式

热电阻的接线方法有两线制、三线制、四线制方式,两线制不能消除因引线电阻的变化所引起的测量误差,可以减小或消除因引线电阻变化所引起的测温误差,四线制接法通常用于标准铂电阻;用于配合电位差计测量电阻时,消除引线电阻的影响,除上面提出的线路电阻补偿桥式外,还有双电源电路、单电源电路。

4.2信号回路的干扰和抑制

由于热电阻测量回路有可能穿越强磁场、电缆层及其附近的电力电缆和控制电缆将对信号线感应而产生干扰,主要表现为干扰电压有时高达几十伏,从而影响测量。为了阻止干扰侵入信号回路应从柜内外的配线、接地系统等各方面采取措施,主要方法:(1)对直接连接外部电缆的输入端(信号线路上)附加一定量的滤波电容,不仅能够抑制高频干扰信号,而且能够阻止过大的脉冲噪声损坏电路元件;(2)更换屏蔽电缆,使屏蔽电缆接地(采用一点接地原则);另外敷设电缆应分层、分类、相互间必须用隔板隔开等方式。

【结论】

在测温系统中,为保证温度仪表的准确可靠运行,就要对测温元件、连接线路以及切换开关正确安装、测量及消除或减小信号回路干扰,是保证测温精度的前提。不论那一个环节出现差错都会产生很大的测量误差,影响工作人员的判断,甚至不能工作。

参考文献

[1] 张松春 等.电子控制设备抗干扰技术及应用.机械工业出版社,1995.

[2] 叶江祺编著.热工测量和控制仪表的安装.中国电力出版社,1998.

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热电阻篇5

关键词:热敏电阻器;二次筛选;温箱变温法

中图分类号:TM93 文献标识码:A

1 概述

热敏电阻器是由半导体材料组成,其电阻值随着温度的变化而变化。由于热敏电阻器这种独特的性能,在控制系统中得到广泛的应用,应用领域包括民用、工业、航空航天、测控等,随着电子技术的发展,控制系统更加复杂化,小型化,在航天型号武器系统中也大量的使用,为了提高航天型号武器系统产品的质量与可靠性,在热敏电阻器选用和使用过程中,引入二次筛选作为质量过程控制的有效手段,从器件入厂复验环节开始控制,复验测试变得必不可少。本项目应用研究即是基于热敏电阻器二次筛选测试的需要进行的,依据热敏电阻器标准规范的要求,通过对测试参数的选择、测试系统组建等研究,利用现有资源和专用测试夹具研制,提出温控箱变温法,以较少的开发成本,实现热敏电阻器二次筛选环节的生产测试。

2 热敏电阻测试原理

热敏电阻电气性能参数包括热敏电阻器零功率电阻值、B值或电阻比或者αT温度系数、电阻-温度特性、热时间常数τ和耗散系数δ参数等。基本的测试原理和测试方法相同,在某恒定温度环境测出某温度时对应的直流电阻值,并列表记录,不同参数特性按照相应的数学模型计算得到所需参数值,表征热敏电阻的某些特性,测试方法中比较重要的是为待测器件提供一个相对比较稳定的温场,温场温度可在需要的温度范围内变化调节,如-55℃~85℃,根据器件特性和技术要求以及参数选择,在不同温度下测得相应的电阻值。标称零功率电阻指在+25℃时测量得到的电阻值;B值或电阻比是在温度T1和T2两个温度下测的的电阻值的比,B值计算式为:

(1)

习惯上用温度系数αT来代替B,温度系数αT计算式为:

(2)

3 测试方案设计

3.1参数选择

热敏电阻器在二次筛选过程中参数的选择至关重要。有关标准规定的参数主要包括:标称零功率电阻值、B值或温度系数、耗散系数、绝缘电阻、介质耐电压等,参数较多,有些参数属于非常规测试参数,只在工厂生产时才进行测试,航天标准规定热敏电阻器测试的主要参数为标称零功率电阻值、温度系数、B值,这些参数是表现热敏电阻器基本特性的电参数,热敏电阻器分正/负温度热敏电阻器,两种器件的测试参数稍有不同。PTC热敏电阻器的零功率电阻值,随温度的升高电阻值增加,其温度系数较高。在热敏电阻器二次筛选检测选择能够表现热敏电阻器主要特性的参数进行测试评价,主要有时测试的必须参数标称零功率电阻值、温度系数或B值。

3.2 测试系统方案组成

根据热敏电阻器测试的基本原理和选择参数的测试需要,为了实现小批量生产测试,热敏电阻器测试系统主要有精密电阻测试仪、多通道转换开关、温度控制箱、专用测试夹具、低损耗电缆、控制器、测试控制软件等组成,系统组成原理框图如图所示。

图一 测试系统组成框图

工作原理:按照图一连接测试系统各设备、工装夹具,启动测试控制软件,按照预先设定的测试流程,控制器控制多通道开关转换到待测器件工位,通过数据总线控制温控箱设定好温度值,温控箱升温,达到预设温度时,保温30分钟,控制器电阻测试仪测量工位上的热敏电阻,并有控制器记录在预先设定的数据表格内,依次控制器控制多通道开关转换到下一个工位,直至所有器件在同一温度下测试完毕。如有其他温度下的测试要求,重复相同程序。对记录的数据按照测试参数进行计算处理,得到最后的结果。

3.3 专用测试夹具研制

专用测试夹具研制要注意以下几点:第一,测试的导线采取长度一样,并保证导线的电阻值相同,测试时使用设备某个工位清零便可消除所有导线带来的电阻值偏差。焊接时导线带来的误差为(5±1)mΩ,依据GJB601A-98要求误差应不大于±0.05%,5Ω器件的最大误差为±2.5mΩ,通过对工位清零实际误差为±1mΩ,测试5Ω以上的热敏电阻能满足标准要求。第二,导线连接测试夹具使用插接式,减小焊接误差的同时,方便不同夹具的使用,更好的提高工作效率。第三,夹具印制板绘制时,负极采用较宽的走线,消除阻值误差的同时,使器件的接触更加良好。

图2 测试夹具与采集卡

热敏电阻器的温箱测试,为解决批量测试的需要,如图2制作精密的测试夹具通过导线连接到数据采集卡上,并插入数字多用表实现测试。

4 参数测试的实现与实验数据分析

通过分析研究,研制了专用测试夹具,建立了相应的测试系统,为验证热敏电阻器的测试数据准确性、一致性,选择正、负两种不同厂家生产的热敏电阻器进行测试。MZ11A-1kΩ±20%正温度热敏电阻器和MF13-100Ω±20%负温度热敏电阻器。

1)标称零功率电阻值测试

标准规定标称零功率电阻值是在某一规定温度(优先25℃)下,测量热敏电阻器的直流电阻值。根据标准和手册指标规定将EW0407温箱调节到25℃,并放入测试夹具,在测试设备2700上读出器件的阻值。

器件 指标 实测值 厂家数据 结论

MZ11A-1kΩ±20% 0.8kΩ-1.2kΩ 1.04kΩ 1.04kΩ 符合

MF13-100Ω±20% 80Ω-120Ω 96Ω 97Ω 符合

表1 两只器件零功率电阻值测试结果

从表1的测试数据看出,使用温箱测试零功率电阻值的结果与厂家提供测试数据基本相同,在标准所规定的条件下,满足测试要求。测试时需要注意,为保证测量结果的准确,器件需要在温箱稳定一段时间在进行读数。

2)温度系数测试

温度系数是热敏电阻器的电阻值随阻体温度的变化率,以%/℃表示。

温度系数计算公式

(3)

公式1中T1和T2的温度,标准要求一般为25℃和85℃,所以测试时在25℃和85℃测试器件的零功率电阻值。

器件 指标 25℃

阻值 85℃

阻值 温度

系数 厂家

数据 结论

MZ11A-1kΩ±20% (2-6)%/℃ 1.04kΩ 11.5kΩ 4.01%/℃ 4.09%/℃ 符合

表2 MZ11A器件温度系数测试结果

表2厂家给出器件的温度系数指标范围较广,在测试85℃的电阻值时,只要器件在5kΩ到30kΩ就能满足器件指标要求,使用温箱筛选测试,能充足的满足器件要求。

3) B值的测试

B值又称材料常数,是表征热敏电阻随阻体温度变化而变化的趋势常数,单位为K。B值计算公式:

(4)

公式2中的T1和T2的温度,标准要求一般为25℃和85℃,进行计算时使用开式温度,所以通过对公式简化得到公式3。T1和T2的开式温度值为298.15K和358.15K。器件 指标 25℃

阻值 85℃

阻值 B值 厂家

数据 结论

MF13-100Ω

±20% 2160K-3630K 96Ω 19.5Ω 2837K 2875K 合格

表3 MZ13器件值测试结果

表3的数据结果显示,B值的测试结果基本与温度系数相同,都是由于指标范围广,筛选测试的结果能充分满足标准要求。

结语

通过分析比较热敏电阻器测试方法,结合元器件二次筛选工作实际,提出温箱变温法,利用现有资源,开发专用测试夹具,解决热敏电阻器二次筛选参数测试问题,实现快速、低成本开发。具有较好的实用价值。

参考文献

[1] GJB601A-98,热敏电阻器总规范[S].

[2] QJ1698-89,热敏电阻器测试规范[S].

[3] 宏明电子股份有限公司产品手册[Z].2010.

[4] 武汉海创电子有限公司产品手册[Z].2009.

热电阻篇6

1.测量部分

1.1测量标准:二等标准铂电阻温度计

被测对象:Pt100工业铂热电阻

1.2测量过程:用比较法进行测量。将二等标准铂电阻温度计和被检工业铂热电阻同时放入恒温槽中,待恒温槽温度稳定后,通过测量标准与被检的值,进而计算得到被检热电阻的实际阻值,然后计算转化为温度值。

2.数学模型

检定点0℃,数学模型:Δt= = Δti—Δti*

检定点100℃,数学模型:

Δt= =Δth—Δth*

其中:Δt —被检热电阻的示值误差。

3.0℃测量结果不确定分析

3.1 输入量Δti的不确定度u1的评定

3.1.1对A级铂电阻进行三组18次重复性试验,合并样本标准偏差

为 = =10.03×10-4Ω

实际测量以6次测量结果的平均值为测量结果,所以u(Ri1)= =4.10×10-4Ω.。u(Δti1)= =0.0010℃

3.1.2插孔间温度引入的标准不确定度分量u(Δti2)

冰点槽插孔之间温差很小,可忽略不计故u(Δti2)=0.0000℃

3.1.3由电测设备引入的标准不确定度分量u(Δti3)

四点转换开关杂散热电势引入的不确定度相对很小,忽略不计。热电阻测量仪的不确定度区间半宽为,100×0.01%+0.001=0.0110Ω,按均匀分布考虑

u(Ri3)= =6.35×10-3Ω.。u(Δti3)= =0.0162℃

3.1.4自热引入的标准不确定度分量u(Δti4)

电测设备供感温元件的测量电流为1mA,可作均匀分布,则u(Ri4)=1.15×10-3Ω.。u(Δti4)= =0.0030℃

3.1.5以上4个不确定度分量相互独立,因此合成为

u(Δti)=

=0.0165℃

3.2 输入量Δti*的标准不确定度分量u(Δti*)评定

3.2.1二等标准铂电阻温度计复现性引入标准不确定度u(Δti*1)

按规程要求,在水三相点处U99=0.005℃,k=2.58

u(Δti*1)=0.005/2.58=0.0019℃

3.2.2由电测设备引入的标准不确定度分量u(Δti*2)

根据规程 Rtp不重测时, u(Δti*2)=0.0211℃

3.2.3自热引入的标准不确定度分量u(Δti*3)

二等标准铂电阻温度计自热最大值为0.004℃,按均匀分布处理, u(Δti*3)=0.0002 ℃

3.2.4标准铂电阻温度计W0引入的标准不确定度分量u(Δti*4)

该数据是由二等铂电阻温度计检定证书中给出,最大值为0.010℃,按均匀分布处理u(Δti*4)=0.0058℃

Rtp不重测时,以上4个不确定度分量相互独立

u(Δti*)=

=0.0220℃

3.3合成不确定度

U(Δt0)= =0.0275℃

3.4扩展不确定度

U=2×0.0028=0.0550℃ k=2

4. 100℃测量结果不确定分析

4.1.1对A级铂电阻进行三组18次重复性试验,合并样本标准偏差

= =10.86×10-4Ω

实际测量以6次测量结果的平均值为测量结果u(Ri1)= =4.44×10-4Ω.。u(Δth1)= =0.0012℃

4.1.2插孔间温度引入的标准不确定度分量u(Δth2)

恒温槽温场均匀性不超过0.01℃,检定过程中温度波动不超过±0.02℃/10min, 因标准和被检的时间常数不同,估计将有不大于0.01℃的迟滞,估计两者服从均匀分布, u(Δth2)= =0.0082℃

4.1.3由电测设备引入的标准不确定度分量u(Δth3)

热电阻测量仪的不确定度区间半宽为,138.51×0.01%+0.001=0.01485Ω,按均匀分布考虑

u(Ri3)=8.57×10-3Ω. u(Δth3)=

=0.0226℃

4.1.4自热引入的标准不确定度分量u(Δth4)

电测设备供感温元件的测量电流为1mA,根据实际经验感温元件一般约有2mΩ的影响,可作均匀分布处理

u(Rh4)=1.15×10-3Ω. u(Δth4)= =0.0030℃

4.1.5以上4个不确定度分量相互独立,因此合成为

u(Δth)=

=0.0243℃4.2输入量Δth*的标准不确定度分量u(Δth*)评定

4.2.1二等标准铂电阻温度计复现性引入标准不确定度u(Δth*1)在水沸点处U99=0.0034℃,k=2.58

u(Δth*1)=0.0034/2.58=0.0013℃

4.2.2由电测设备引入的标准不确定度分量u(Δth*2)

根据规程Rtp不重测时,u(Δth*2)=0.0281 ℃

4.2.3自热引入的标准不确定度分量u(Δth*3)

由于在较高温度流动介质的恒温槽中,自然影响可以忽略不计,则 u(Δth*3)=0.0000℃

4.2.4标准铂电阻温度计W100引入的标准不确定度分量u(Δth*4)该数据是由二等铂电阻温度计检定证书中给出,最大值为0.010℃,按均匀分布处理,k= 则u(Δth*4)=0.0081

Rtp不重测时,以上4个不确定度分量相互独立,因此合成为

u(Δth*)=

=0.0293℃

4.3合成不确定度

u(Δt100)= =0.0381℃

4.4扩展不确定度

U=2×0.0381=0.0762℃ k=2

5.0℃和100℃的测量结果不确定度报告

0℃ U=0.055℃ k=2

100℃ U=0.076℃ k=2

6. 测量审核结果

参考值为

0℃ U =0.04℃,k =2

100℃ U =0.04℃,k =2

以上测量点均满足| En | ≤1, 因此测量审核结果评定为满意。

参考文献:

[1] JJF 1059-1999, 测量不确定度评定与表示[S].

热电阻篇7

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热电阻篇8

关键词:热电偶 热电阻 补偿线 热电势

0 引言

温度是一个重要的物理量,电厂许多重要场所都使用温度测量元件,其中应用最广泛的是热电偶和热电阻,是每一个热工工作人员必须掌握的。

1 热电阻测温元件

1.1 热电阻的概念

利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度的感温元件称为热电阻。

1.2 热电阻的工作原理

热电阻的工作原理是基于导体和半导体材料的电阻值随温度的变化而变化,在用显示仪表测出热电阻的阻值,从而得出与电阻值对应的温度。

Rt=Rt0[1+а(t-t0)]

式中:Rt――温度为t℃时的电阻值;

Rt0――温度为t0℃的电阻值;

а――电阻温度系数,即温度变化1℃时的电阻值变化量。

从上式可以看出:只要保持Rt0和t0不变,Rt与t之间有单值函数关系,电阻的大小就反映了温度的高低。这就是热电阻的测温原理。

1.3 热电阻的特点

①测量精度高。

②输出信号大,灵敏度高。

③不需要冷端温度补偿。

④测温稳定性好。

⑤元件结构复杂,热响应时间长。

1.4 热电阻材料的要求

①电阻温度系数大,即变化1℃时电阻值的相对变化量要大。电阻温度系数越大,灵敏度越高,测量越准确。

②电阻值与温度之间要有近似线形的函数关系。

③有较大的电阻率,即在相同的电阻值下电阻元器件的体积可以小些,从而热容量小,对温度的变化响应快。

④在测量范围内要有较稳定的物理和化学性质。

⑤容易得到较纯净的物质,纯度用W100(=R100/R0)表示。

⑥易于加工、价格便宜。

1.5 热电阻的接线方式

根据测量精度要求,热电阻的接线方式分以下两种:

①二线制:A、B两级与导线连接以后上表,适用于测量精度较低的场所。

②三线制:A、B、C三极与导线连接后上表,适用于测量精度较高的场所。三线制主要是消除环境温度和导线电阻随温度变化而变化引起的测量误差。

1.6 热电阻常见的故障与处理方法

表1

2 热电偶测温元件

2.1 概念

由两种金属导体(热电极)组成的回路。

2.2 测温原理

热电效应:在两种不同的金属导体焊成的闭合回路中,当两焊接的温度不同时,在其回路中就会产生电动势,这种现象叫做热电效应,相应的电动势叫做热电势,在回路中产生的电流称为热电流。

实用的热电偶焊接一端,称为热端(工作端、测量端),另一端不焊接而接入测量仪表称为冷端(参比端、自由端)。

2.3 产生热电势的条件

①热电偶必须是由两种不同性质、符合一定要求的导体组成。

②热电偶的热端与冷端必须存在温差。

2.4 计算热电势的公式

EAB(t,t0)= EAB(t,0)-EAB(t0,0)

EAB(t,t0)――热电偶的热电势;

A、B――热电偶的两个电极符号。

热电势由热电极的化学成分盒物理性质决定,其大小与热电偶的材料、两端温度有关,而与热电偶的粗细和长短无关。

2.5 热电偶的补偿线

2.5.1 热电偶的补偿线实际上是一对在规定范围(一般为0-100℃)内使用的热电偶丝。采用与热电偶材料相同的金属材料或在规定温度范围内,热电特性与所配接的热电偶相同,且易于获得的价格低廉的金属材料做成,在测温中作为热电偶与二次仪表的连线使用。

2.5.2 使用补偿导线时,必须注意以下四点:

①补偿导线必须与相应型号的热电偶匹配;

②补偿导线在与热电偶、仪表连接时,正负极不能接错,两对接点要处于相同温度;

③补偿导线和热电偶连接点温度不得超过规定使用的温度范围;

④要根据所配仪表的不同要求选用补偿导线的线径。

补偿线把热电偶的冷端(参考端)引到了远离被测物体环境温度比较低的环境,但这个环境不是恒定不变的。由热电偶的测温原理已知热电偶的总电势是冷、热端的电势差。若冷端温度不恒定则无法反映介质的真实温度。

2.6 热电偶测量回路常见的故障(表2)

3 测温元件的应用

随着电厂热力设备日益大容量、高参数发展,以及自动化水平的不断提高,对热工测量的要求愈来愈高,测量元件是计算机来处理大量数据的基础,通过对测温元件的研究,我对电厂温度的测量有了深入的了解,并且能迅速准确的处理热工缺陷,大大提高了工作效率。

参考文献:

[1]吴永生,方可人编.热工测量及仪表[M].水利电力出版社.

[2]火力发电职业技能培训教材编委会.热工仪表及自动装置[M].中国电力出版社.

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