熱電阻工作原理、分類(lèi)及其應用

溫度傳感器是溫度測量?jì)x表的核心部分，品種繁多。按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻溫度傳感器和熱電偶溫度傳感器兩類(lèi)。不同的溫度傳感器，其使用方法和工作原理也不盡相同，下面我以熱電阻溫度傳感器為例，介紹熱電阻工作原理、分類(lèi)及其應用。

溫度傳感器熱電阻應用原理

溫度傳感器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(diǎn)是測量精度高，性能穩定。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。

熱電阻成分結構

金屬熱電阻的感溫元件有石英套管十字骨架結構，麻花骨架結構得桿式結構等。金屬熱電阻常用的感溫材料種類(lèi)較多，最常用的是鉑絲。工業(yè)測量用金屬熱電阻材料除鉑絲外，還有銅、鎳、鐵、鐵—鎳、UE 熱電阻鎢、銀等。薄膜熱電阻是利用電子陰極濺射的方法制造，可實(shí)現工業(yè)化大批量生產(chǎn)。其中骨架用陶瓷，引線(xiàn)采用鉑鈀合金。

熱電阻的作原料

熱電阻阻材料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(lái)進(jìn)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(kāi)始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。

熱電阻主要特點(diǎn)

　　·壓熱電阻簧式感溫元件，抗振性能好;

　　·測溫精度高;

　　·機械強度高，耐高溫耐壓性能好;

　　·進(jìn)口薄膜電阻元件，性能可靠穩定。

熱電阻工作原理

熱電阻的測溫原理是基于導體或半導體的電阻值隨著(zhù)溫度的變化而變化的特性。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用最多的是鉑和銅，現在已開(kāi)始采用鎳、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(guò)引線(xiàn)傳遞到計算機控制裝置或者其它二次儀表上。

熱電阻種類(lèi)

普通型熱電阻

從熱電熱電阻阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過(guò)熱電阻阻值的變化來(lái)測量的，因此，熱電阻體的引出線(xiàn)等各種導線(xiàn)電阻的變化會(huì )給溫度測量帶來(lái)影響。

鎧裝熱電阻

鎧裝熱電阻熱電阻是由感溫元件(電阻體)、引線(xiàn)、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實(shí)體，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(yōu)點(diǎn)：①體積小，內部無(wú)空氣隙，熱慣性上，測量滯后小;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(cháng)。

端面熱電阻

端面熱電阻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(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。

隔爆型熱電阻

隔爆型熱電阻通過(guò)特殊結構的接線(xiàn)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(fā)生的爆炸局限在接線(xiàn)盒內，生產(chǎn)現場(chǎng)不會(huì )引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla--B3c級區內具有爆炸危險場(chǎng)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防爆熱電阻熱效應進(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(lèi)。

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)對應電阻值;α為溫度系數。

半導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(通常在數千歐以上熱電阻溫度測量原理)，但互換性較差，非線(xiàn)性嚴重，測溫范圍只有-50~300℃左右，大量用于家電和汽車(chē)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(diǎn)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(yè)上常用金屬熱電阻從電阻隨溫度的變化來(lái)看，大部分金屬導體都有這個(gè)性質(zhì)，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(xué)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(guān)系(最好呈線(xiàn)性關(guān)系)。

熱電阻的實(shí)際應用

目前熱電阻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(zhì)，穩定性好，具有一定的非線(xiàn)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(xiàn)性關(guān)系，溫度線(xiàn)數大，適用于無(wú)腐蝕介質(zhì)，超過(guò)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。

雖然熱電阻溫度傳感器在工業(yè)中應用比較廣泛，但是由于他的測溫范圍使他的應用受到了一定的限制，熱電阻工作原理是基于導體或半導體的電阻值隨著(zhù)溫度的變化而變化。