熱電阻選型時(shí)需要注意哪些基本要素

我們都知道，電阻值與材料、長(zhǎng)度、橫截面積有關(guān)。當(dāng)然溫度也是一個(gè)不可或缺的因素。溫度對(duì)于電阻的影響：

碳硅棒的溫度曲線

CsxFe2Se2單晶在不同壓力下的電阻隨溫度變化曲線

鉑電阻（PT100）的溫度曲線

利用溫度變化帶來電阻變化進(jìn)行溫度測(cè)量的溫度計(jì)被稱為熱電阻。這類溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，性能穩(wěn)定，測(cè)量的準(zhǔn)確度和靈敏度高，而且便于信號(hào)的遠(yuǎn)傳、自動(dòng)記錄和集中控制。通常適用于-200~500℃之間的溫度測(cè)量，有些情況下，可以測(cè)量更高或更低的溫度。

常見熱電阻結(jié)構(gòu)

熱電阻，不是熱電偶

熱電阻與熱電偶名稱相近，都用于溫度測(cè)量，但這兩種溫度儀表有著本質(zhì)的不同：

1.隨溫度變化，熱電阻改變自身的電阻值，而熱電偶是產(chǎn)生感應(yīng)電壓的變化；

2.熱電阻是單一金屬/半導(dǎo)體材料，而熱電偶是雙金屬/半導(dǎo)體材料；

3.測(cè)量溫度范圍不同：相比較而言，熱電阻適合低溫測(cè)量，而熱電偶適合高溫測(cè)量；

4.接線方式不同：熱電偶有正負(fù)極，而熱電阻沒有。

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不同的熱電阻材料

熱電阻對(duì)制作材料有如下要求：

1.電阻溫度系數(shù)要大。電阻的溫度系數(shù)定義為溫度每升高1開爾文時(shí)的電阻相對(duì)變化量，電阻溫度系數(shù)越大，溫度計(jì)的靈敏度越高，測(cè)量結(jié)果越準(zhǔn)確。

2.較大的電阻率。電阻率越大，熱電阻的體積就越小，熱容量和熱慣性也越小，對(duì)溫度變化的響應(yīng)就越快。

3.在測(cè)溫范圍內(nèi)，化學(xué)及物理性能穩(wěn)定。

4.電阻值與溫度的關(guān)系近似線性。

5.復(fù)現(xiàn)性好。

目前的熱電阻根據(jù)材料，可分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻（即熱敏電阻）。其中金屬熱電阻主要為鉑和銅。工業(yè)中熱電阻常見的型號(hào)有Pt100、Pt10、Cu50、Cu100等。其中，由于Pt100優(yōu)秀的性能，這種熱電阻已經(jīng)成為工業(yè)中最常見的熱電阻。

熱電阻型號(hào)通常是材料+0℃時(shí)的電阻值，比如Pt100是鉑電阻，在0℃時(shí)阻值為100歐姆的熱電阻。

精度等級(jí)

銅熱電阻的允許誤差為±（0.30+0.006|t|）；

鉑熱電阻根據(jù)精度不同，允許誤差也不相同。

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 30121-2013《工業(yè)鉑電阻及鉑電阻感溫元件》，鉑電阻的允差登記被分為：

1. C級(jí)，±（0.60+0.01|t|）；

2. B級(jí)，±（0.30+0.005|t|）；

3. A級(jí)，±（0.15+0.002|t|）；

4. AA級(jí)，±（0.1+0.0017|t|）；

另有鉑電阻生產(chǎn)企業(yè)聲稱可以生產(chǎn)3A甚至5A級(jí)鉑電阻，這些基本是以B級(jí)鉑電阻的精度為基準(zhǔn)設(shè)定的。

注：|t|為溫度絕對(duì)值。

絕緣骨架材料

不同絕緣骨架材料應(yīng)對(duì)的使用溫度，以及特點(diǎn)不盡相同：

1.云母：適用溫度范圍-200~700℃，這種骨架抗震動(dòng)性能強(qiáng)，響應(yīng)速度快，但溫度過高將產(chǎn)生水解；

2.玻璃：適用溫度范圍-200~600℃，這種材料體積小，響應(yīng)快，抗振性好，絕緣性能好，熱膨脹系數(shù)與鉑電阻絲材料相近；

3.陶瓷：適用溫度范圍-200~850℃，這種材料體積小，響應(yīng)快，抗振性好，絕緣性能好，熱膨脹系數(shù)與鉑電阻絲材料相近，化學(xué)穩(wěn)定性好，高溫下不與鉑起化學(xué)反應(yīng)；

4.塑料：適用溫度范圍-50~150℃，這種材料有較好的力學(xué)性能，尺寸穩(wěn)定。

低溫?zé)犭娮?/p>

當(dāng)用于測(cè)量120K以下溫度時(shí)，常用熱電阻無法使用，因此必須選用低溫?zé)犭娮?。低溫?zé)犭娮璩Ｓ糜趯?duì)液態(tài)天然氣、液氫、液氨、超導(dǎo)等應(yīng)用場(chǎng)合，因此這些熱電阻具有體積小、反應(yīng)速度快、精確度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

1：鉑電阻電阻率與溫度關(guān)系曲線；2：鉑電阻相對(duì)靈敏度曲線

1.低溫鉑電阻：適用溫度范圍13~90K，具有靈敏度高，線性度好，性能穩(wěn)定，通用性強(qiáng)，分度標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)，但當(dāng)溫度低于13K時(shí)，靈敏度顯著下降。

2.銠鐵熱電阻：適用溫度范圍0.3~20K，恰好彌補(bǔ)了低溫鉑電阻的不足，這種電阻的缺點(diǎn)是電阻絲的均勻性差。

3.鍺熱電阻：適用溫度范圍0.1~100K，屬于半導(dǎo)體熱電阻，在低溫下有較大的負(fù)溫度系數(shù)，靈敏度很高，熱容小，自熱小，機(jī)械強(qiáng)度好；缺點(diǎn)是磁阻效應(yīng)大，互換性較差。

4.滲碳玻璃熱電阻：適用溫度范圍1.6~300K，但經(jīng)常用于測(cè)量1.6~30K。這種低溫?zé)犭娮柙?.6~30K范圍內(nèi)有較高的靈敏度，穩(wěn)定性能也很好，制造工藝簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低。

引線形式

由于一般的熱電阻阻值不大，因此熱電阻本身引線和電纜的電阻變化都會(huì)給溫度的測(cè)量結(jié)果帶來很大影響。一般是通過接線方式進(jìn)行消除。

測(cè)量元件引線形式有二線制、三線制和四線制，購(gòu)買熱電阻時(shí)常見產(chǎn)品為三線制和四線制。

二線制是指熱電阻兩端各引出一根導(dǎo)線，這種測(cè)量方法簡(jiǎn)單，但是由于連接導(dǎo)線的電阻不能消除所以會(huì)造成測(cè)量誤差，常用于短距離要求不高的場(chǎng)合。

精度等級(jí)達(dá)到鉑電阻A級(jí)的熱電阻不適采用二線制接法。

三線制是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，這種方式通常與電橋配套使用，兩個(gè)導(dǎo)線分別接在電橋的兩個(gè)橋背上，另一根線接在電橋的電源上，消除了引線電阻的誤差，這種方法一般在工業(yè)中最常用。

四線制是在熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流，把電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；另外兩根導(dǎo)線測(cè)量熱電阻上面的電壓，由于電壓測(cè)量?jī)x器內(nèi)阻很高，不分流，測(cè)到的電壓就完全是熱電阻兩端的電壓，電流已知，通過歐姆定律算出電阻值再轉(zhuǎn)換成溫度。這種方法測(cè)量精度高，適用于高精度測(cè)量用。

外保護(hù)套管結(jié)構(gòu)形式

當(dāng)工藝過程存在高壓、高流速或腐蝕性的情況，熱電阻本身的保護(hù)管不能適用于這樣的條件時(shí)，以及要求未裝儀表前工藝管道或設(shè)備為密閉系統(tǒng)的場(chǎng)合，應(yīng)采用溫度計(jì)套管，以保證安全和正常操作?；すこ桃话愣家鬁囟扔?jì)配用外保護(hù)套管。

對(duì)于中、低壓介質(zhì)宜選用無縫鋼管式溫度計(jì)套管；對(duì)于高壓介質(zhì)場(chǎng)合，宜選用直形或錐形整體鉆孔管式溫度計(jì)套管；對(duì)于被測(cè)介質(zhì)流速較高或要求溫度計(jì)套管有高強(qiáng)度的場(chǎng)合，應(yīng)選用錐形整體鉆孔式套管；對(duì)于要求減小阻力或減小熱響應(yīng)時(shí)間的場(chǎng)合，可選用階梯形溫度計(jì)套管。對(duì)于高壓、高流速用途的溫度計(jì)套管還要進(jìn)行固有頻率、諧振頻率計(jì)算及強(qiáng)度分析。