熱電阻
熱電阻簡介：熱電阻是中低溫區(qū)zui常用的一種溫度檢測器。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量度是zui高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。金屬熱電阻的感溫元件有石英套管十字骨架結(jié)構(gòu)，麻花骨架結(jié)構(gòu)得桿式結(jié)構(gòu)等。金屬熱電阻常用的感溫材料種類較多，zui常用的是鉑絲。工業(yè)測量用金屬熱電阻材料除鉑絲外，還有銅、鎳、鐵、鐵—鎳、鎢、銀等。薄膜熱電阻是利用電子陰極濺射的方法制造，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大批量生產(chǎn)。其中骨架用陶瓷，引線采用鉑鈀合金。
熱電阻材料熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用zui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。
熱電阻種類
1）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(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測量帶來影響。
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(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為φ2--φ8mm，zui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)部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后?。虎跈C(jī)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(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端面的實(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。
4）隔爆型熱電阻
隔爆型熱電阻通過特殊結(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)場所的溫度測量。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(yīng)進(jìn)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?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測量出溫度。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(nèi)的溫度測量，其特點(diǎn)是測量準(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溫?zé)犭娮?，作為熱電阻的金屬材料一般要求：盡可能大而且穩(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（呈線性關(guān)系）。
目前應(yīng)用zui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(zhì)，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越?。汇~電阻在測溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系，溫度線數(shù)大，適用于無腐蝕介質(zhì)，超過150易被氧化。中國zui常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等幾種，它們的分度號(hào)分別為Pt10、Pt100、Pt1000；銅電阻有R0=50Ω和R0=100Ω兩種，它們的分度號(hào)為Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的應(yīng)用。
熱電阻的信號(hào)連接方式
熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號(hào)通過引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對(duì)測量結(jié)果會(huì)有較大的影響。
目前熱電阻的引線主要有三種方式
○1二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號(hào)的方式叫二線制：這種引線方法很簡單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合
○2三線制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的zui常用的[1]。
○3四線制：在熱電阻的根部兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U，再通過另兩根引線把U引至二次儀表?？梢娺@種引線方式可*消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測。
熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測量誤差。這是因?yàn)闇y量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，其連接導(dǎo)線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測量誤差。
熱電阻的結(jié)構(gòu)
（1）精通型熱電阻：工業(yè)常用熱電阻感溫元件（電阻體）的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。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(dǎo)線電阻的變化會(huì)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。
（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(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為φ2~φ8mm，zui小可達(dá)φmm。 與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：
?、袤w積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后?。?br />
?、跈C(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；
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?、苁褂脡勖L。
（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(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端面的實(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。
（4）隔爆型熱電阻：隔爆型熱電阻通過特殊結(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)場所的溫度測量。
熱電阻測溫系統(tǒng)的組成
?。?）熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點(diǎn)：
?、贌犭娮韬惋@示儀表的分度號(hào)必須一致
?、跒榱讼B接導(dǎo)線電阻變化的影響，必須采用三線制接法。具體內(nèi)容參見本篇第三章。
?。?）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，zui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)部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后?。?br />
?、跈C(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；
③能彎曲，便于安裝
?、苁褂脡勖L。
?。?）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端面的實(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機(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 電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長短而影響電阻值，為此更換新的電阻體為好，若采用焊接修理，焊后要校驗(yàn)合格后才能使用。
熱電偶和熱電阻的區(qū)別 熱電偶與熱電阻均屬于溫度測量中的接觸式測溫，盡管其作用相同都是測量物體的溫度，但是他們的原理與特點(diǎn)卻不盡相同.
首先，介紹一下熱電偶，熱電偶是溫度測量中應(yīng)用zui廣泛的溫度器件，他的主要特點(diǎn)就是測溫范圍寬，性能比較穩(wěn)定，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，更能夠遠(yuǎn)傳4-20mA電信號(hào)，便于自動(dòng)控制和集中控制。熱電偶的測溫原理是基于熱電效應(yīng)。將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生熱電勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，又稱為塞貝克效應(yīng)。閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢有兩種電勢組成；溫差電勢和接觸電勢。溫差電勢是指同一導(dǎo)體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢，不同的導(dǎo)體具有不同的電子密度，所以他們產(chǎn)生的電勢也不相同，而接觸電勢顧名思義就是指兩種不同的導(dǎo)體相接觸時(shí)，因?yàn)樗麄兊碾娮用芏炔煌援a(chǎn)生一定的電子擴(kuò)散，當(dāng)他們達(dá)到一定的平衡后所形成的電勢，接觸電勢的大小取決于兩種不同導(dǎo)體的材料性質(zhì)以及他們接觸點(diǎn)的溫度。目前上應(yīng)用的熱電偶具有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，上規(guī)定熱電偶分為八個(gè)不同的分度，分別為B，R，S，K，N，E，J和T，其測量溫度的zui低可測零下270攝氏度，zui高可達(dá)1800攝氏度，其中B，R，S屬于鉑系列的熱電偶，由于鉑屬于貴重金屬，所以他們又被稱為貴金屬熱電偶而剩下的幾個(gè)則稱為廉價(jià)金屬熱電偶。熱電偶的結(jié)構(gòu)有兩種，普通型和鎧裝型。普通性熱電偶一般由熱電極，絕緣管，保護(hù)套管和接線盒等部分組成，而鎧裝型熱電偶則是將熱電偶絲，絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者組合裝配后，經(jīng)過拉伸加工而成的一種堅(jiān)實(shí)的組合體。但是熱電偶的電信號(hào)卻需要一種特殊的導(dǎo)線來進(jìn)行傳遞，這種導(dǎo)線我們稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。不同的熱電偶需要不同的補(bǔ)償導(dǎo)線，其主要作用就是與熱電偶連接，使熱電偶的參比端遠(yuǎn)離電源，從而使參比端溫度穩(wěn)定。補(bǔ)償導(dǎo)線又分為補(bǔ)償型和延長型兩種，延長導(dǎo)線的化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕枷嗤?，但是?shí)際中，延長型的導(dǎo)線也并不是用和熱電偶相同材質(zhì)的金屬，一般采用和熱電偶具有相同電子密度的導(dǎo)線代替。補(bǔ)償導(dǎo)線的與熱電偶的連線一般都是很明了，熱電偶的正極連接補(bǔ)償導(dǎo)線的紅色線，而負(fù)極則連接剩下的顏色。一般的補(bǔ)償導(dǎo)線的材質(zhì)大部分都采用銅鎳合金。
其次我們介紹一下熱電阻，熱電阻雖然在工業(yè)中應(yīng)用也比較廣泛，但是由于他的測溫范圍使他的應(yīng)用受到了一定的限制，熱電阻的測溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。其優(yōu)點(diǎn)也很多，也可以遠(yuǎn)傳電信號(hào)，靈敏度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，互換性以及準(zhǔn)確性都比較好，但是需要電源激勵(lì)，不能夠瞬時(shí)測量溫度的變化。工業(yè)用熱電阻一般采用Pt100，Pt10，Cu50，Cu100，鉑熱電阻的測溫的范圍一般為零下200-800攝氏度，銅熱電阻為零下40到140攝氏度。熱電阻和熱電偶一樣的區(qū)分類型，但是他卻不需要補(bǔ)償導(dǎo)線，而且比熱電偶便宜。
鉑熱電阻的安裝形式很多，有固定螺紋安裝，活動(dòng)螺紋安裝，固定法蘭安裝，活動(dòng)法蘭安裝，活動(dòng)管接頭安裝，直行管接頭安裝等等。
熱電阻與熱電偶的選擇zui大的區(qū)別就是溫度范圍的選擇，熱電阻是測量低溫的溫度傳感器，一般測量溫度在-200~600℃，而熱電偶是測量中高溫的溫度傳感器，一般測量溫度在400~1800℃，在選擇時(shí)如果測量溫度在200℃左右就應(yīng)該選擇熱電阻測量，如果測量溫度在600℃就應(yīng)該選擇K型熱電偶，如果測量溫度在1200~1600℃就應(yīng)該選擇S型或者B型熱電偶。
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