计量知识

标准铂电阻温度计的使用与维护

2024-1-28 本文被阅读 2296 次

原理

温度与电阻值成正比。高纯度的铂,由于电子声子散射的缘故, 其电阻值会随着温度上升而近乎线性增加。

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标准铂电阻温度计的结构

ITS-90温标要求“一支可接受的铂电阻温度计 必需由高纯度且无应力的铂丝制成”, 用于制作传感器的铂丝通过“冷拉”获得, 因为在这种工艺条件下更易处理,然后再对铂电阻进行退火。而经过精心设计的支撑骨架使得感温铂丝在经历热胀冷缩、振动或机械冲击时的应力尽可能小,在制成标准铂电阻温度计后,需对感温铂丝充分退火以消除应力。

标准铂电阻温度计常见的误差来源:

1、机械冲击与振动

2、热冲击 

3、污染

4、迟滞

5、氧化

6、泄漏

7、浸没误差

8、辐射误差

9、自热效应

10、引线电阻误差

11、其他因素
机械冲击与振动

1、影响标准铂电阻温度计长期稳定性的主要因素

2、温度计遭受瞬间加速时, 易使无应力结构的感温铂丝产生形变

3、尽管外观感觉很坚固,

4、金属护套的标准铂电阻温度计仍旧应当按照易碎仪器来对待

5、 机械冲击可能会损坏标准铂电阻温度计

6、通过测量Rtp值确定其影响

热冲击

1、若将标准铂电阻温度计从高温快速冷却至室温, 感温铂丝的晶体结构会因为淬火而出现过量晶格空穴

2 、Rtp值会上升 

污染

1、若标准铂电阻温度计被污染,其Rtp值会上升, 而WGa值会下降,使得WGa值无法满足规程要求

2、高温下,金属原子的扩散能够穿透石英玻璃

3 、在配有金属均温块的炉子中使用时,

4、石英护套的标准铂电阻温度计在高温下易被金属污染

5 、高温下,金属护套的标准铂电阻温度计的感温铂丝 也会被金属护套本身污染

感温铂丝的氧化效应

1、氧气可以保护感温铂丝不被污染– 氧气有助于稳定感温铂丝及其固定骨架的微量氧化物杂质, 从而防止高温下自由杂质离子的扩散

2、铂在(0~450)度的氧化效应发现于1970年代

3、即使周围的氧气含量极低(1 kPa), 铂丝表面也能在(0~450)度温度下形成氧化层

4、因为部分铂丝横截面外层的铂变成了低导电的氧化层, 铂丝的电阻会随之上升

5、铂的氧化的两种基本类型:二维(2D),三维(3D)– 铂的二维的氧化形成于(0~300)度,并在高于约450度时分解, 其阻值变化约为8 ppm(2 mK)

     – 铂的三维的氧化出现在(300~500)度,并在高于约550度时分解, 其阻值变化可达430 ppm(0.1度)

6、 低温下的阻值漂移(排除机械冲击等原因)主要源于感温铂丝的氧化

7、氧化是可逆的,且在高于500度时分解

8、石英护套的标准铂电阻温度计内感温铂丝的氧化效应具有良好的重复性

9、 金属护套的标准铂电阻温度计内感温铂丝的氧化效应的重复性较差,

10、 因为金属护套本身的氧化会消耗一部分填充气体内的氧气, 所以感温铂丝的氧化效应会逐渐减少

气体泄漏

1、密封损坏

2、 水分进入

3、 由于泄漏,空气进入护套内,使得氧气含量增加, 从而过度氧化

绝缘电阻

1、引线与引线之间或引线与护套之间的漏电会引入显著的测量误差

2、对于金属护套的标准铂电阻温度计,很容易测量引线与护套间的绝缘电阻

3、对于玻璃护套的标准铂电阻温度计,无需测量引线与护套间的绝缘电阻

4、 在一支标准铂电阻温度计中,除感温铂丝外,在引线、绝缘材料、 传感器骨架与填充材料等之间,存在许多与感温铂丝并联的绝缘电阻

5 、因为这些绝缘电阻在校准标准铂电阻温度计时便存在,

6、 仅有部分会导致误差

7、 而产生的误差则源于相同温度下绝缘电阻的变化: ΔR = Rt * RI / ( Rt + RI ) - Rt

辐射误差

1、辐射是温度测量中隐秘的误差来源之一

2 、在空气和表面温度测量中尤为严重

3、恒温槽应配有防辐射盖板

4、 光导:通过玻璃护套向上的可见光和近红外辐射导致的热损

5、 通过在护套上喷砂或增加石墨涂层可极大减少光导效应

自热效应


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1、电流通过标准铂电阻温度计的感温铂丝会导致发热及电阻上升。

2、温度上升与电功率和热导率有关

3、 可通过外推获得零电流电阻值

4、在低功率的情况下,自热效应是线性的

5、使用标准铂电阻温度计时的激励电流的大小,

6、 应与校准该标准铂电阻温度计时的激励电流相同

迟滞

1、标准铂电阻温度计几乎没有迟滞误差

2、 二级(精 密 )铂电阻温度计的迟滞误差小于10 mK
浸没深度误差

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1、 若标准铂电阻温度计的浸没深度不够充分, 会在感温铂丝上产生温度梯度,从而导致误差

2、通过改变浸没深度来测试,若深度足够, 少许位置的变化不会改变温度计的读数

3、 在固定点中,温度计在不同位置的读数会受到相变材料的静压影响

4 、在恒温槽或干体炉中,应考虑竖直方向的温度均匀性的影响

5、不同的温度计也会有不同的浸没深度误差

6、 国际:15D+L • 国内:JJG229-2010 温度稳定后,温度计继续插入1cm,温度变化不超过允差5%

其他影响

1、 铂的晶粒生长

– 与在高温下的时间长短有关

– 改变电阻值

2、 热电效应

– 通过应用换向直流或交流测量电流来消除

3 、电磁干扰

正确使用标准铂电阻温度计 

4、 预防机械冲击与振动小心运输

5、 经常测量 Rtp值,使用电阻比W(t)•热处理与退火

6、避免石英析晶

7 、避免辐射效应

8、 了解感温铂丝的氧化效应

9 、避免高温下感温铂丝的污染

10、 自热效应

11、 浸没深度

 

标准铂电阻温度计的使用与维护
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