熱電阻的測溫原理

熱電阻的應用原理簡單，在工程中應用廣泛，下文我們將詳細解答熱電阻的測溫原理。

熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩定。其中鉑熱是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。

1．熱電阻測溫原理

　　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。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，現在已開始采用甸、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。

　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）。

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。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制。

　　目前應用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅：鉑電阻精度高，適用于中性和氧化性介質，穩定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越小;銅電阻在測溫范圍內電阻值和溫度呈線性關系，溫度線數大，適用于無腐蝕介質，超過150易被氧化。中國最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等幾種，它們的分度號分別為Pt10、Pt100、Pt1000;銅電阻有R0=50Ω和R0=100Ω兩種，它們的分度號為Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的應用最為廣泛。

　2.鉑電阻溫度計測量原理

　　鉑是一種貴金屬，它的物理化學性能很穩定，尤其是耐氧化能力很強，它易于提純，有良好的工藝性，可以制成極細的鉑絲，與銅，鎳等金屬相比，有較高的電阻率，復現性高，是一種比較理想的熱電阻材料，缺點是電阻溫度系數較小，在還原介質中工作易變脆，價格也較貴。

　　鉑的純度通常用電阻比來表示： W（100）=R100/R0

　　R100表示100℃時的電阻值;R0表示0℃時的電阻值

　　根據IEC標準，采用W（100）=1.3850 初始電阻值為R0=100Ω（R0=10Ω）的鉑電阻為工業用標準鉑電阻，R0=10Ω的鉑電阻溫度計的阻絲較粗，主要應用于測量600℃以上的溫度。鉑電阻的電阻與溫度方程為一分段方程：

　　Rt=R0［1+At+Bt2+C（t-100℃）t3］ t 表示在-200~0℃

　　Rt=R0（1+At+Bt2） t表示在0~850℃

　　解此方程，則可根據電阻值已知溫度值，但實際工作中，可以查熱電阻分度表來根據電阻值確定溫度值。

　　根據標準規定，鉑熱電阻分為A級和B級，A級測溫允許誤差±（0.15℃+0.002|t|）， B級測溫允許誤差±（0.3℃+0.005|t|）。

　　現場使用的熱電阻一般都是鎧裝熱電阻，它是由熱電阻體、絕緣材料、保護管組成，熱電阻體和保護管焊接一起，中間填充絕緣材料，這樣能夠很好的保護熱電阻體，耐沖擊，耐震，耐腐蝕。

3．熱電阻的分類介紹

（1）精通型熱電阻

（2）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，如圖2-1-7所示，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??；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。

（3）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。

（4）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，生產現場不會引發爆炸。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。