入门热电阻|温度传感器之三
作者:VSport 时间:2025-11-20 浏览: 来源:VSport体育

一、热电阻的基本概念
热电阻是一种在中低温区广泛使用的温度检测器,原理是金属导体的电阻随温度升高而增大。铂热电阻因测量精度高而被广泛用于工业温度控制和标准仪器制造。常用材料包括铂、铜,以及近年来引入的镍、锰、铑等;铂丝是最常用的感温材料。工业测量中也使用铜、镍、铁、铁–镍等金属材料。
二、热电阻的工作原理
热电阻通过测量阻值随温度变化来确定温度。它主要分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。金属热电阻的阻值随温度的变化通常用 Rt = Rt0 [1 + α(t − t0)] 表示,其中 Rt 为温度 t 时的阻值,Rt0 为温度 t0 时的阻值,α 为温度系数。半导体热敏电阻的关系常表示为 Rt = A e^(B/T),其中 A、B 由材料决定,T 为温度(单位与表达式相应确定)。相对而言,热敏电阻的温度系数更大、室温阻值通常较高,但互换性较差、非线性较显著,测温范围大致在 -50℃~300℃;金属热电阻的测温范围通常在 -200℃~500℃,且具备较高的线性度、稳定性与可靠性。
三、热电阻的主要类型
1) 普通型热电阻:通过感温元件的阻值变化来反映温度,被测温度变化直接与阻值变化相关。引出线的电阻也会对测量产生影响。
2) 铠装热电阻:由感温元件、引线、绝缘材料、不锈钢套管组成的坚固体,外径多为φ2~φ8mm,具备小体积、无空气隙、热惯性小、机械强度高、易于安装、寿命长等优点。
3) 端面热电阻:感温元件贴在温度计端面的端面上,能更快速、准确地反映被测端面温度,适用于轴瓦等端面温度的测量。
4) 隔爆型热电阻:通过特定接线盒将外壳内易爆混合气体的爆炸风险局限在接线盒内,适用于爆炸危险场所的温度测量。
四、热电阻的测温原理与材料选择
热电阻的测温原理基于电阻的温度响应。金属热阻因线性度好、测量稳定,常用于广泛温度范围;半导体热敏电阻(热敏电阻)温度系数大、在常温下阻值较高,但非线性较显著、互换性较差,适用于对灵敏度要求较高且工作温度较窄的场景。实际应用中要根据工作温度范围、介质腐蚀性、测量精度、成本等因素选择材料。
常用材料与应用场景
- 铂电阻:具有高精度、适用于中性和氧化性介质、稳定性好,温度变化时存在一定非线性,温度越高阻值变化越趋于平缓,适用于广泛工业场景。
- 铜电阻:在测温范围内与温度呈线性关系,线性度较好,适用于无腐蚀介质环境;但高温时易被氧化,应用受限。铂与铜在不同场景各有优势与局限,需结合具体测温需求和工作环境选择。
常见型号与分度号
在工业实践中常见的分度号有 Pt10、Pt100、Pt1000;铜电阻有 Cu50、Cu100 等。Pt100 与 Cu50 在应用中最为广泛。
五、接线方式及测量误差控制
热电阻输出信号需通过引线传送至测量仪表,引线电阻会影响测量精度。目前常用三种接线制式:
1) 二线制:在热电阻两端各连接一根导线引出信号,结构简单;但引线电阻 r 的存在会造成测量误差,适用于对精度要求较低的场景。
2) 三线制:在热电阻根部一端连接一根引线,另一端连接两根引线,常与电桥配套使用,可较好抵消引线电阻的影响,是工业过程控制的常用方式。通过三线连接one线接到电桥电源端,另外两根分别连接热电阻所在桥臂及相邻桥臂,可显著提高测量准确性。
3) 四线制:热电阻根部两端各连接两根引线,其中两根提供恒定电流进入感温元件,另一对引线将产生的微小电压信号送至二次仪表,该方式可完全消除引线电阻影响,适用于高精度温度检测。
六、热电阻的结构与生产工艺要点
结构组成
- 热电阻体:感温元件本体,通常为绕制的铂丝等材料组成的电阻元件。
- 引出线:连接感温元件与接线端子的导线。
- 绝缘骨架:支撑与固定感温元件的绝缘支架,影响技术指标。
- 保护套管与接线盒:提供防护与电气连接的外壳与接点。
热电阻体的典型生产工艺要点
- 云母骨架热电阻:以直径约0.03–0.07 mm 的铂丝在云母骨架上双线无感绕制,并在两面加云母片绝缘,外以铆钉和陶瓷卡件夹持固定。装入保护套管时,骨架两面绑以半圆形结构,固定在套管中以提升抗震、抗冲击能力和热传导效率,适用温度通常在500℃以下。
- 绝缘骨架材料:云母、玻璃、石英、陶瓷、塑料等,负责缠绕、支撑与固定热电阻丝,骨架质量直接影响技术指标。
- 引出线:定义为从热电阻体至接线端子的连接导线。引出线存在电阻,会影响测量准确性。改善措施包括:
A. 选用高纯度材料,尽量降低与感温丝、接线端子之间的热电势,材料需在工作温度下不挥发、抗氧化、耐腐蚀。工业用铂电阻常用银线作引出线,高温环境下可使用镍线;铜电阻可选铜线或镍线。引出线直径通常大于感温丝直径,以降低引线电阻的影响。
BVSport. 通过改进接线方式与结构设计,进一步减小引线对测量的干扰。
(注:以上要点在实际生产与安装中需结合具体材料、型号及工作环境综合考虑。)
如需将以上内容扩展成面向具体行业的选型指南或在特定场景中的选型建议,可结合测温温度范围、介质性质、安装空间和预算等因素进行定制化描述。