2.4　热电阻

热电阻作为温度测量和调节的检测仪表，通常与显示仪表或控制及调节仪表等配套，以直接测量-200～850℃温度范围内的液体、气体、蒸气等介质以及固体表面的温度。

（1）热电阻的特点

①测量精度高、性能稳定　所有的温度检测仪表中热电阻的测量精度为最高。其中铂热电阻还可用以作为标准温度计传递金点（1064.43℃）以下的温度。

②信号可远传和记录　由于热电阻可将温度信号转换为电流信号，因此可以远距离传送和记录，也可集中检测和控制。

③灵敏度高　与热电偶比较，在温度为300℃以下时，可得到比热电偶大得多的测量信号，因此其灵敏度较热电偶高。

（2）分类

①按照感温元件的材料分类　按照制造感温元件的材料分为金属导体和半导体两大类。

金属导体有铂、铜、镍、铁和铑铁合金，目前在工业中大量使用的材料为铂、铜和镍3种。其中铂和铜两种制成的热电阻称为铂热电阻和铜热电阻，均属统一设计的定型产品。

半导体有锗、碳和热敏电阻（氧化物）等，热敏电阻不稳定和互换性较差，因此在工业中主要用于温度补偿。

②按照用途和结构分类　热电阻按照用途和结构可分为普通工业用及专用两类。

普通工业用的热电阻分为直形、角形和锥形（其中包括无固定装置、螺纹固定装置和法兰固定装置等品种）。

专用的热电阻可分为轴承测温用热电阻、便携式简易热电阻和薄型热电阻等。

2.4.1　热电阻的工作原理

热电阻是利用电阻与温度呈一定函数关系的金属导体或半导体材料制成的感温元件进行温度测量的。

如图1-2-24所示，感温元件A是以直径为0.03～0.07mm的纯铂丝2绕在锯齿状的云母骨架1上，再用两根直径为0.5～1.4mm的银导线作为引出线3引出，与显示仪表4连接。当感温元件上的铂丝受到温度作用时，感温元件的电阻值随温度而变化，并呈一定的函数关系： R t = f （ t ）。将变化的电阻值作为信号输入具有平衡或不平衡电桥回路的显示仪表以及调节器和其他仪表等，即能测量或调节被测量介质的温度。

1—骨架；2—铂丝；3—引出线；4—显示仪表

由于感温元件占有一定的空间，所以不能像热电偶那样，用它测量“点”的温度，然而在有些情况下，当要求测量任何空间内或表面部分的平均温度时，使用热电阻比较方便。即热电阻所测量的温度，代表它所占空间的平均温度。

2.4.2　热电阻的结构

工业热电阻的基本结构如图1-2-25所示。热电阻主要由感温元件12、内引线11、保护管9三部分组成。通常具有与外部测量及控制装置、机械装置连接的部件。其外形与热电偶类似，使用时应注意避免选错。

1—出线孔密封圈；2—出线孔螺母；3—链条；4—盖；5—接线柱；6—盖的密封圈；7—接线盒；8—接线座；9—保护管；10—绝缘管；11—内引线；12—感温元件

2.4.3　工业用热电阻的基本特性参数

定型的工业用热电阻为铂热电阻和铜热电阻，常用热电阻的电阻与温度的关系特性公式如表1-2-11所示，工业热电阻的基本参数如表1-2-12所示。

注：1. R t 、 R 0 分别为热电阻在 t 和0℃时的阻值。

2. A 、 B 、 C 为分度常数，与热电阻感温元件的电阻比（ W 100 = R 100 / R 0 ）有关。

2.4.4　其他结构的热电阻

（1）铠装热电阻

铠装热电阻是将电阻体与引出线焊好后，装入金属小套管，再充以绝缘材料粉末，最后密封、整体拉伸而成，其外形与铠装热电偶类似（见图1-2-26）。铠装热电阻与普通热电阻相比，外形尺寸小，套管内为实体，故响应速度快；抗振、可挠，使用方便，适于安装在结构复杂的部位。

1—电阻体；2—引出线；3—绝缘材料；4—金属套管

铠装热电阻的外径尺寸一般为2～8mm，甚至可制成1mm。

（2）铂膜热电阻

铂膜热电阻是将铂质膜层用特殊工艺制成，根据膜层厚度可分为厚膜型和薄膜型，测温上限为500℃，适用于快速测温和表面测温。

薄膜型电阻元件是将纯铂用真空溅射法均匀地覆盖在氧化铝基板上，厚度为2～3mm；厚膜型电阻元件是将一定比例的高纯铂粉、玻璃粉和有机载体混合后，用印刷法印制在氧化铝基板上，厚度约为7mm。

铂膜电阻经加热固化后，用激光刻度法调节其电阻至规定值，再用超声热压法焊接引线，并在表面覆盖一层釉作为保护层。

铂膜热电阻的主要优点：体积小，阻值大；灵敏度高；热响应时间短。

（3）隔爆热电阻

生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体、蒸气，如果使用普通的铂电阻极易引起环境气体爆炸。隔爆热电阻是利用间隙隔爆原理，设计具有足够强度的接线盒等部件，将所有会产生火花、电弧和危险温度的零部件密封在接线盒腔内，当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却，使爆炸后的火焰和温度不易传到腔外，从而实现隔爆功能。

隔爆热电阻通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配套使用。直接测量-200～500℃生产现场存在碳氢化合物等爆炸物的液体、蒸气和气体介质以及固体表面温度。

近年来，德国贺利氏（Heraeus）公司研制一种Pt1000铂电阻感温元件，其灵敏度比Pt100高，测量范围为-200～800℃。Pt1000适合测量小量程温度变化（±3.8Ω/℃）。而Pt100适合测量大量程温度变化（0.38Ω/℃）。按IEC 751国际标准，温度系数TCR=0.003851，Pt100（ R 0 =100Ω）、Pt1000（ R 0 =1000Ω）为统一设计型铂电阻。TCR=（ R 100 - R 0 ）/（ R 0 ×100），如表1-2-13所示。

2.4.5　热电阻的导线连接方式

热电阻与显示仪表的实际连接中，由于一般金属热电阻的阻值通常在几欧至几十欧的范围内，使得热电阻本身的引线电阻和连接导线的电阻变化给温度的测量结果带来较大影响，需要采取措施加以克服。

与带有电桥的显示仪表（如动圈式仪表或自动平衡电桥）配套使用时，热电阻导线的连接方式通常有三种方式。

①两线制　传感器电阻变化值与连接导线电阻值共同构成传感器的输出值，由于导线电阻带来的附加误差使实际测量值偏高，用于测量精度要求不高的场合，并且导线的长度不宜过长。如图1-2-27所示。

②三线制　要求引出的三根导线截面积和长度均相同，测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线中的一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及其相邻的桥臂上。当桥路平衡时，通过计算可知 。当 R 1 = R 2 时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差。但是必须为全等臂电桥，否则不可能完全消除导线电阻的影响。由分析可见，采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差。工业上一般采用三线制接法，如图1-2-28所示。

③四线制　当测量电阻数值很小时，测试线的电阻可能引入明显误差，四线测量用两条附加测试线提供恒定电流，另两条测试线测量未知电阻的电压降，在电压表输入阻抗足够高的条件下，电流几乎不流过电压表，这样便可精确测量未知电阻上的压降，通过计算得出电阻值。其测量结构如图1-2-29所示。

2.4.6　热电阻的安装

由于热电阻的感温元件长度较长、体积较大，因此当被测介质存在温度梯度时，仅测量得到感温元件所在范围内的被测介质层中的平均温度。

为了保证热电阻温度测量结果准确、可靠，其安装要求除了与热电偶相同外，尚需注意的是由于热电阻的感温元件较长，因此应将热电阻感温元件放置在被测介质的温度最高处；如果是安装在管道上，则应将感温元件总长的1/2放置在最高流速的位置上。 BgT9KkwCzAqcmTUFU192DyHUyZL0vVnzQn1lN4IKDmBIzPfVYkGJheXjJUUeg/97