热电阻自散热特性对高温环境性能的影响
测量误差方面
热电阻在工作时,会有电流通过。根据焦耳定律(其中是热量,是电流,是电阻,是时间),热电阻自身会产生热量。在高温环境中,这种自发热会叠加在被测环境的热量上。
例如,在一个实际温度为的高温炉内,如果热电阻自发热产生了的温升,那么测量得到的温度将是,从而导致测量误差。而且环境温度越高,这种自发热引起的相对误差可能就越大。
稳定性方面
长时间的自发热会使热电阻自身温度过高,可能会导致热电阻的材料性能发生变化。许多热电阻材料的电阻 - 温度特性是在一定的理想条件下确定的,自发热会改变热电阻内部的温度分布。
例如,对于铂热电阻,长时间的高温自热可能会使铂丝发生微小的形变或者氧化,进而影响其电阻值与温度的对应关系,使热电阻的稳定性下降,测量精度在长时间使用后变得越来越差。
使用寿命方面
过高的自发热会加速热电阻材料的老化。在高温环境下,热电阻本身已经处于比较恶劣的热环境中,自发热相当于额外的热应力。
比如,一些热电阻的绝缘材料在高温和自热的双重作用下,可能会出现绝缘性能下降的情况。如果绝缘性能下降,会导致热电阻的漏电增加,最终可能使热电阻损坏,缩短其使用寿命。
解决热电阻自散热问题的方法
优化测量电路方面
采用小电流测量方式。根据热电阻自发热功率,减小通过热电阻的电流可以降低自发热。一般工业上会采用恒流源供电,将电流控制在一个较小的值,如以下,这样可以有效减少自发热。
热电阻结构设计方面
增加热电阻的散热面积。例如,将热电阻的感温元件设计成薄片型或者翅片型结构。像翅片型热电阻,其翅片可以增加与周围介质的接触面积,加快热量的散发,从而降低自发热对测量的影响。
安装方式及环境方面
选择合适的安装位置,保证热电阻周围有良好的热交换条件。在高温管道上安装时,要使热电阻的感温部分充分接触流体,并且周围不能有阻碍散热的物体。
例如,在安装热电阻测量高温蒸汽温度时,要将热电阻插入管道足够深,并且管道周围不能有保温材料覆盖热电阻的安装位置,以确保热量能够顺利散发出去。