熱電阻

　　熱電阻（thermal resistor）是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。它的主要特點是測量精度高，性能穩定。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用于工業測溫，而且被制成標準的基準儀。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用最多的是鉑和銅，此外，現在已開始采用鎳、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。工業測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

　　熱電阻的測溫原理是基于導體或半導體

　　的電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關的參數。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用最多的是鉑和銅，現在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。熱電阻通常需要把電阻信號通過引線傳遞到計算機控制裝置或者其它二次儀表上。

　　主要種類

　　普通型熱電阻

　　從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。

　　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實體，它的外徑一般為φ2--φ8mm，最小可達φmm。與普通型熱電阻相比，它有下列優點：

　　1、體積小，內部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后?。?/p>

　　2、機械性能好、耐振，抗沖擊；

　　3、能彎曲，便于安裝；

　　4、使用壽命長。

　　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端面的實際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。

　　隔爆型熱電阻

　　隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒，把其外殼內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發生的爆炸局限在接線盒內，生產現場不會引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla--B3c級區內具有爆炸危險場所的溫度測量。

　　測溫原理

　　熱電阻的測溫原理與熱電偶的測溫原理不同的是，

　　熱電阻是基于電阻的熱效應進行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫熱電阻的阻值變化，就可以測量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。

　　金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示，即

　　Rt=Rt0［1+α（t-t0）］

　　式中，Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0℃）時對應電阻值；α為溫度系數。

　　半導體熱敏電阻的阻值和溫度關系為

　　Rt=AeB/t

　　式中Rt為溫度為t時的阻值；A、B取決于半導體材料的結構的常數。

　　相比較而言，熱敏電阻的溫度系數更大，常溫下的電阻值更高（通常在數千歐以上），但互換性較差，非線性嚴重，測溫范圍只有-50~300℃左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測和控制。金屬熱電阻一般適用于-200~500℃范圍內的溫度測量，其特點是測量準確、穩定性好、性能可靠，在程控制中的應用極其廣泛。

　　工業上常用金屬熱電阻從電阻隨溫度的變化來看，大部分金屬導體都有這個性質，但并不是都能用作測溫熱電阻，作為熱電阻的金屬材料一般要求：盡可能大而且穩定的溫度系數、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具有穩定的化學物理性能、材料的復制性好、電阻值隨溫度變化要有間值函數關系（最好呈線性關系）。

　　第一章 熱電阻基礎知識

　　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生改變的特性，通過測量電阻從而測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定且較易獲取的鉑（Pt100）。它已列入JIS-C1604標準。因此，也為各熱電阻制造商間通用?，F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

　　熱電阻用來對溫度做出高精度測量。

　　■可高精度測量溫度

　　■可測量低溫度

　　這是熱電阻兩大優點。同時，它又是一種不適合測量高溫的傳感器。一般來講熱電阻用來測量300℃以下的溫度，而熱電偶則用來測量工業爐等的高溫溫度。

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

　　3、熱電阻的原理

　　熱電阻元件的電阻值根據溫度變化會產生一定比例的變化，讓一定電流通過電阻元件，并使用測量器測量電阻元件兩端的電壓，然后按照歐姆定律U=I×R計算出電阻值，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、按照電阻元件進行選擇

　　測溫電阻體可大致分為以下四類：測溫類型 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，且穩定性和精度較高，因而被廣泛用于工業測量。

　　鉑電阻大致可分為以下三類分度號 0℃時的電阻值 電阻比率=100℃時電阻值/0℃時電阻值

　　Pt100 100Ω 1.3851

　　Pt10 10Ω 1.3851

　　JPt100 100Ω 1.3916

　　Pt100使用得最廣泛。雖然IEC標準中對Pt10做出了規定，Pt10被添加到JIS標準中，但實際上幾乎不被使用。

　　1989年以前，JPt100在JIS標準上的名稱為舊Pt100。1989年對JIS標準進行了修正，當時按照IEC標準制定新Pt100（如今的Pt100），將舊Pt100改為JPt100這一符號后繼續沿用（為了避免市場混亂），19971年修正JIS時將其廢止。

　　【銅熱電阻】

　　溫度特性偏差小，價格便宜。但是，由于其電阻率（固有電阻）較小，體積上無法實現小型化。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，價格低廉。

　　但是，鎳熱電阻在+300左右存在臨界點，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，用來測量極低溫度

　　2、按照熱電阻精度進行選擇

　　JIS標準中已規定將測溫熱電阻的精度作為“相對于測量溫度計的允許誤差”精度等級 允許誤差

　　A級 ±（0.15+0.002|t|）℃ 說明：|t|為測量溫度的絕對值

　　B級 ±（0.3+0.005|t|）℃ 說明：|t|為測量溫度的絕對值

　　3、按照熱電阻內部導線的連線方式進行選擇

　　熱電阻內部導線的連線方式有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1根導線的連結方式。價格低廉，但由于是將導線原封不動地作為電阻值進行計算，需要預先調節導線電阻值進行修正。因此這種連線方式不實用。

　　【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根導線，在另一端連接1根導線的連接方式。其特點是，當3根導線的長度、材質、線徑以及電阻相同時，可以不受導線電阻的影響。

　　【四線制熱電阻】

　　它是一種在電阻元件兩端各連接2根導線的連線方式。價格高昂，但從測量原理上來說可以完全不受導線電阻的影響。

　　補充知識 為什么3線制熱電阻不受導線電阻的影響？

　　如圖所示，3線制熱電阻的電阻元件一端連接2根導線，另一端連接1根導線。將電阻元件的電阻值設定為R，將3根導線電阻設為R1、R2、R3（R1=R2=R3），規定電流的流向為ABC。（由于B和C為同電位，因不會流向R2）。

　　連線到3線制熱電阻體的顯示儀表，此時會測量AB間電壓和BC間電壓，然后將兩者的差額計算為測量值。

　　由于流動的電流值為固定不變，如果流經各電阻的電壓設定為：R:V

　　R1、R3：V1時

　　則（BC間電壓）-（AB間電壓）=（V+V1）-V1=V

　　所以說3線制熱電阻可以不受導線電阻的影響。

　　4、按照熱電阻構造進行選則

　　【裝配式熱電阻】

　　將內部導線連接到電阻元件并放入保護管，按照端子后進行使用，這是裝配式熱電阻最基本的結構。其優點是可以選擇不同按照形式和不同材質保護管，可以適用于一般環境或耐腐蝕環境測溫，此外價格低廉，使用方便。但是和鎧裝熱電阻相比較，也具有體積較大、響應速度慢的缺點。

　　【鎧裝熱電阻】

　　鎧裝熱電阻是在金屬細管（鎧裝）、內部導線和電阻元件之間填充高純度MgO（氧化鎂），然后進行一體化加工。鎧裝熱電阻體型細長，鎧裝內不存在空氣層，響應迅速是其最大優點。此外，他的好處還在于可以自由彎曲形狀，縮細外徑。

　　補充知識 什么是“雙支元件”？

　　測溫熱電阻的電阻元件部分有時也成為元件。

　　通常，一個測溫熱電阻的內部只存在1個電阻元件，我們將它成為單元件。

　　■希望提高對于內部導線斷線等故障的可靠性時

　　■用于希望在多個設備（比如記和溫控儀錄儀等）上顯示相同測量值并進行記錄時。

　　第三章 熱電阻使用注意事項

　　1、注意內部導線導致的誤差

　　測溫熱電阻精確測量內部電阻元件的電阻值，從而計算出溫度。因此，需盡可能避免導線電阻帶來的影響。無論3線制或4線制接線方式，必須確保導線的材質、外徑、長度以及電阻值相同，并且不存在溫度梯度。

　　補充知識 熱電阻可以延長嗎？

　　可以。使用測溫熱電阻專用連接導線。

　　需要使用長導線時，為了避免產生誤差，請確認導線每1米的電阻值。

　　請在記錄儀的輸入信號源電阻的范圍內進行選擇。

　　2、注意熱電阻插入深度導致的誤差

　　如果測溫熱電阻的測溫部分未設定成語測溫對象同等的溫度，則無法取得正確溫度。

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

　　3、注意自我加熱導致的誤差

　　使用測溫熱電阻時，會在測溫熱電阻上流通規定電流以獲取溫度，此時產生的焦耳熱會導致測溫熱電阻自身加熱。我們稱其為“自我加熱”。

　　自我加熱與規定電流值的2乘方成比例（同時也依賴于熱電阻的構造和環境），比例較大則會導致精度上的誤差。

　　JIS標準中將0.5mA、1mA、2mA列為規定電流，一般來說熱電阻會符合任一規定電流以保證精度，因此只要是規格中記載的規定電流就無需擔心自我加熱。

　　4、注意熱電阻的規定電流

　　熱電阻的規定電流由規格決定。

　　請勿流通規格中所記載的規定電流值之外的電流值。

　　如果流通不同的電流值，有可能產生系列問題：

　?、侔l熱量變化導致測量誤差。

　　②規定電流值變化導致測量電壓值隨之變化，顯示錯誤溫度。

　　5、1支熱電阻不能同兩臺儀表并聯

　　將1根熱電阻并聯到多臺顯示儀表時，請使用雙元件類型。

　　使用單元件類型時，請務必在每臺儀表上準備1根熱電阻。