熱電阻

　　熱電阻（thermal resistor）是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。金屬熱電阻常用的感溫材料種類較多，最常用的是鉑絲。工業(yè)測(cè)量用金屬熱電阻材料除鉑絲外，還有銅、鎳、鐵、鐵—鎳等。

　　工作原理

　　熱電阻的測(cè)溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體

　　的電阻值隨溫度變化而變化這一特性來(lái)測(cè)量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。熱電阻通常需要把電阻信號(hào)通過(guò)引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它二次儀表上。

　　主要種類

　　普通型熱電阻

　　從熱電阻的測(cè)溫原理可知，被測(cè)溫度的變化是直接通過(guò)熱電阻阻值的變化來(lái)測(cè)量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來(lái)影響。

　　鎧裝熱電阻

　　鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為φ2--φ8mm，最小可達(dá)φmm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：

　　1、體積小，內(nèi)部無(wú)空氣隙，熱慣性上，測(cè)量滯后??；

　　2、機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；

　　3、能彎曲，便于安裝；

　　4、使用壽命長(zhǎng)。

　　端面熱電阻

　　端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。

　　隔爆型熱電阻

　　隔爆型熱電阻通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla--B3c級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。

　　測(cè)溫原理

　　熱電阻的測(cè)溫原理與熱電偶的測(cè)溫原理不同的是，

　　熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測(cè)量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓涂梢詼y(cè)量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。

　　金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即

　　Rt=Rt0［1+α（t-t0）］

　　式中，Rt為溫度t時(shí)的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0℃）時(shí)對(duì)應(yīng)電阻值；α為溫度系數(shù)。

　　半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系為

　　Rt=AeB/t

　　式中Rt為溫度為t時(shí)的阻值；A、B取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。

　　相比較而言，熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高（通常在數(shù)千歐以上），但互換性較差，非線性嚴(yán)重，測(cè)溫范圍只有-50~300℃左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測(cè)和控制。金屬熱電阻一般適用于-200~500℃范圍內(nèi)的溫度測(cè)量，其特點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應(yīng)用極其廣泛。

　　工業(yè)上常用金屬熱電阻從電阻隨溫度的變化來(lái)看，大部分金屬導(dǎo)體都有這個(gè)性質(zhì)，但并不是都能用作測(cè)溫?zé)犭娮瑁鳛闊犭娮璧慕饘俨牧弦话阋螅罕M可能大而且穩(wěn)定的溫度系數(shù)、電阻率要大（在同樣靈敏度下減小傳感器的尺寸）、在使用的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)物理性能、材料的復(fù)制性好、電阻值隨溫度變化要有間值函數(shù)關(guān)系（最好呈線性關(guān)系）。

　　第一章 熱電阻基礎(chǔ)知識(shí)

　　1、何謂熱電阻

　　熱電阻是指利用金屬或金屬氧化物其電阻值更具溫度變化而發(fā)生改變的特性，通過(guò)測(cè)量電阻從而測(cè)量溫度的一種傳感器，它也被稱為RTD（Resistance Temperature Detector）。使用的金屬一般采用特性穩(wěn)定且較易獲取的鉑（Pt100）。它已列入JIS-C1604標(biāo)準(zhǔn)。因此，也為各熱電阻制造商間通用?，F(xiàn)在，熱電阻和熱電偶一樣是最為常見的一種溫度傳感器。

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　　2、熱電阻的特點(diǎn)

　　熱電阻用來(lái)對(duì)溫度做出高精度測(cè)量。

　　■可高精度測(cè)量溫度

　　■可測(cè)量低溫度

　　這是熱電阻兩大優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，它又是一種不適合測(cè)量高溫的傳感器。一般來(lái)講熱電阻用來(lái)測(cè)量300℃以下的溫度，而熱電偶則用來(lái)測(cè)量工業(yè)爐等的高溫溫度。

　　溫度測(cè)量的精髓之熱電阻測(cè)量篇yunrun.com.cn/tech/994.html

　　3、熱電阻的原理

　　熱電阻元件的電阻值根據(jù)溫度變化會(huì)產(chǎn)生一定比例的變化，讓一定電流通過(guò)電阻元件，并使用測(cè)量器測(cè)量電阻元件兩端的電壓，然后按照歐姆定律U=I×R計(jì)算出電阻值，從而推到出溫度大小。

　　【參考】Pt100分度表

　　第二章 熱電阻的選擇

　　1、按照電阻元件進(jìn)行選擇

　　測(cè)溫電阻體可大致分為以下四類：測(cè)溫類型 限定范圍

　　鉑熱電阻 -200～660℃

　　銅熱電阻 -50～150℃

　　鎳熱電阻 -50～300℃

　　鎳鈷熱電阻 -272～27℃

　　下面描述各種測(cè)溫電阻體的特征

　　【Pt100鉑熱電阻】

　　由于Pt100溫度影響下的電阻值變化較大，且穩(wěn)定性和精度較高，因而被廣泛用于工業(yè)測(cè)量。

　　鉑電阻大致可分為以下三類分度號(hào) 0℃時(shí)的電阻值 電阻比率=100℃時(shí)電阻值/0℃時(shí)電阻值

　　Pt100 100Ω 1.3851

　　Pt10 10Ω 1.3851

　　JPt100 100Ω 1.3916

　　Pt100使用得最廣泛。雖然IEC標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)Pt10做出了規(guī)定，Pt10被添加到JIS標(biāo)準(zhǔn)中，但實(shí)際上幾乎不被使用。

　　1989年以前，JPt100在JIS標(biāo)準(zhǔn)上的名稱為舊Pt100。1989年對(duì)JIS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修正，當(dāng)時(shí)按照IEC標(biāo)準(zhǔn)制定新Pt100（如今的Pt100），將舊Pt100改為JPt100這一符號(hào)后繼續(xù)沿用（為了避免市場(chǎng)混亂），19971年修正JIS時(shí)將其廢止。

　　【銅熱電阻】

　　溫度特性偏差小，價(jià)格便宜。但是，由于其電阻率（固有電阻）較小，體積上無(wú)法實(shí)現(xiàn)小型化。此外，由于在高溫下容易氧化，它的使用上限溫度為+180。

　　【鎳熱電阻】

　　每1的電阻值變化較大，價(jià)格低廉。

　　但是，鎳熱電阻在+300左右存在臨界點(diǎn)，因而其使用上限溫度較低。

　　【鉑鈷熱電阻】

　　鎳鈷熱電阻是一種將鉑鈷合金用于電阻元件的傳感器，用來(lái)測(cè)量極低溫度

　　2、按照熱電阻精度進(jìn)行選擇

　　JIS標(biāo)準(zhǔn)中已規(guī)定將測(cè)溫?zé)犭娮璧木茸鳛椤跋鄬?duì)于測(cè)量溫度計(jì)的允許誤差”精度等級(jí) 允許誤差

　　A級(jí) ±（0.15+0.002|t|）℃ 說(shuō)明：|t|為測(cè)量溫度的絕對(duì)值

　　B級(jí) ±（0.3+0.005|t|）℃ 說(shuō)明：|t|為測(cè)量溫度的絕對(duì)值

　　3、按照熱電阻內(nèi)部導(dǎo)線的連線方式進(jìn)行選擇

　　熱電阻內(nèi)部導(dǎo)線的連線方式有2線制、3線制和4線制三種。

　　【兩線制熱電阻】

　　它是一種在電阻元件兩端各連結(jié)1根導(dǎo)線的連結(jié)方式。價(jià)格低廉，但由于是將導(dǎo)線原封不動(dòng)地作為電阻值進(jìn)行計(jì)算，需要預(yù)先調(diào)節(jié)導(dǎo)線電阻值進(jìn)行修正。因此這種連線方式不實(shí)用。

　　【三線制熱電阻】

　　它是最常見的連線方式，它是一種在電阻元件氣筒一端連接2根導(dǎo)線，在另一端連接1根導(dǎo)線的連接方式。其特點(diǎn)是，當(dāng)3根導(dǎo)線的長(zhǎng)度、材質(zhì)、線徑以及電阻相同時(shí)，可以不受導(dǎo)線電阻的影響。

　　【四線制熱電阻】

　　它是一種在電阻元件兩端各連接2根導(dǎo)線的連線方式。價(jià)格高昂，但從測(cè)量原理上來(lái)說(shuō)可以完全不受導(dǎo)線電阻的影響。

　　補(bǔ)充知識(shí) 為什么3線制熱電阻不受導(dǎo)線電阻的影響？

　　如圖所示，3線制熱電阻的電阻元件一端連接2根導(dǎo)線，另一端連接1根導(dǎo)線。將電阻元件的電阻值設(shè)定為R，將3根導(dǎo)線電阻設(shè)為R1、R2、R3（R1=R2=R3），規(guī)定電流的流向?yàn)锳BC。（由于B和C為同電位，因不會(huì)流向R2）。

　　連線到3線制熱電阻體的顯示儀表，此時(shí)會(huì)測(cè)量AB間電壓和BC間電壓，然后將兩者的差額計(jì)算為測(cè)量值。

　　由于流動(dòng)的電流值為固定不變，如果流經(jīng)各電阻的電壓設(shè)定為：R:V

　　R1、R3：V1時(shí)

　　則（BC間電壓）-（AB間電壓）=（V+V1）-V1=V

　　所以說(shuō)3線制熱電阻可以不受導(dǎo)線電阻的影響。

　　4、按照熱電阻構(gòu)造進(jìn)行選則

　　【裝配式熱電阻】

　　將內(nèi)部導(dǎo)線連接到電阻元件并放入保護(hù)管，按照端子后進(jìn)行使用，這是裝配式熱電阻最基本的結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是可以選擇不同按照形式和不同材質(zhì)保護(hù)管，可以適用于一般環(huán)境或耐腐蝕環(huán)境測(cè)溫，此外價(jià)格低廉，使用方便。但是和鎧裝熱電阻相比較，也具有體積較大、響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)。

　　【鎧裝熱電阻】

　　鎧裝熱電阻是在金屬細(xì)管（鎧裝）、內(nèi)部導(dǎo)線和電阻元件之間填充高純度MgO（氧化鎂），然后進(jìn)行一體化加工。鎧裝熱電阻體型細(xì)長(zhǎng)，鎧裝內(nèi)不存在空氣層，響應(yīng)迅速是其最大優(yōu)點(diǎn)。此外，他的好處還在于可以自由彎曲形狀，縮細(xì)外徑。

　　補(bǔ)充知識(shí) 什么是“雙支元件”？

　　測(cè)溫?zé)犭娮璧碾娮柙糠钟袝r(shí)也成為元件。

　　通常，一個(gè)測(cè)溫?zé)犭娮璧膬?nèi)部只存在1個(gè)電阻元件，我們將它成為單元件。

　　■希望提高對(duì)于內(nèi)部導(dǎo)線斷線等故障的可靠性時(shí)

　　■用于希望在多個(gè)設(shè)備（比如記和溫控儀錄儀等）上顯示相同測(cè)量值并進(jìn)行記錄時(shí)。

　　第三章 熱電阻使用注意事項(xiàng)

　　1、注意內(nèi)部導(dǎo)線導(dǎo)致的誤差

　　測(cè)溫?zé)犭娮杈_測(cè)量?jī)?nèi)部電阻元件的電阻值，從而計(jì)算出溫度。因此，需盡可能避免導(dǎo)線電阻帶來(lái)的影響。無(wú)論3線制或4線制接線方式，必須確保導(dǎo)線的材質(zhì)、外徑、長(zhǎng)度以及電阻值相同，并且不存在溫度梯度。

　　補(bǔ)充知識(shí) 熱電阻可以延長(zhǎng)嗎？

　　可以。使用測(cè)溫?zé)犭娮鑼Ｓ眠B接導(dǎo)線。

　　需要使用長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)，為了避免產(chǎn)生誤差，請(qǐng)確認(rèn)導(dǎo)線每1米的電阻值。

　　請(qǐng)?jiān)谟涗泝x的輸入信號(hào)源電阻的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。

　　2、注意熱電阻插入深度導(dǎo)致的誤差

　　如果測(cè)溫?zé)犭娮璧臏y(cè)溫部分未設(shè)定成語(yǔ)測(cè)溫對(duì)象同等的溫度，則無(wú)法取得正確溫度。

　　無(wú)論是裝配式熱電阻還是鎧裝熱電阻，插入深度請(qǐng)控制在約為外徑的15到20倍的程度。

　　3、注意自我加熱導(dǎo)致的誤差

　　使用測(cè)溫?zé)犭娮钑r(shí)，會(huì)在測(cè)溫?zé)犭娮枭狭魍ㄒ?guī)定電流以獲取溫度，此時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱會(huì)導(dǎo)致測(cè)溫?zé)犭娮枳陨砑訜帷Ｎ覀兎Q其為“自我加熱”。

　　自我加熱與規(guī)定電流值的2乘方成比例（同時(shí)也依賴于熱電阻的構(gòu)造和環(huán)境），比例較大則會(huì)導(dǎo)致精度上的誤差。

　　JIS標(biāo)準(zhǔn)中將0.5mA、1mA、2mA列為規(guī)定電流，一般來(lái)說(shuō)熱電阻會(huì)符合任一規(guī)定電流以保證精度，因此只要是規(guī)格中記載的規(guī)定電流就無(wú)需擔(dān)心自我加熱。

　　4、注意熱電阻的規(guī)定電流

　　熱電阻的規(guī)定電流由規(guī)格決定。

　　請(qǐng)勿流通規(guī)格中所記載的規(guī)定電流值之外的電流值。

　　如果流通不同的電流值，有可能產(chǎn)生系列問題：

　　①發(fā)熱量變化導(dǎo)致測(cè)量誤差。

　　②規(guī)定電流值變化導(dǎo)致測(cè)量電壓值隨之變化，顯示錯(cuò)誤溫度。

　　5、1支熱電阻不能同兩臺(tái)儀表并聯(lián)

　　將1根熱電阻并聯(lián)到多臺(tái)顯示儀表時(shí)，請(qǐng)使用雙元件類型。

　　使用單元件類型時(shí)，請(qǐng)務(wù)必在每臺(tái)儀表上準(zhǔn)備1根熱電阻。