常用傳感器工作原理(熱電式)

第3章常用傳感器的工作原理13.8熱電式傳感器將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。最常用的熱電式傳感器：將溫度轉(zhuǎn)換為電勢(shì)的變化－－－熱電偶將溫度轉(zhuǎn)換為電阻的變化－－－熱電阻21.熱電偶測(cè)溫原理－熱電效應(yīng)

TT0AB熱端（工作端）冷端（自由端）兩種不同的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)A和B組合成如圖所示閉合回路，若導(dǎo)體A和B的兩個(gè)連接點(diǎn)處溫度不同（設(shè)T＞T0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動(dòng)勢(shì)存在，該電動(dòng)勢(shì)的方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)。這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。兩種導(dǎo)體組成的回路稱為“熱電偶”，這兩種導(dǎo)體稱為“熱電極”，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)則稱為“熱電勢(shì)”。這種現(xiàn)象早在1821年首先由塞貝克（See－back）發(fā)現(xiàn),所以又稱塞貝克效應(yīng)。3.8.1熱電偶3熱電動(dòng)勢(shì)由兩部分電動(dòng)勢(shì)組成，一部分是兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)，另一部分是單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)。熱電偶原理圖TT0AB接觸電勢(shì)溫差電勢(shì)熱電勢(shì)EAB(T,T0)4（1）接觸電勢(shì)所有金屬中都有大量自由電子，而不同的金屬材料其自由電子密度不同。當(dāng)兩種不同的金屬導(dǎo)體接觸時(shí)，若金屬A的自由電子密度大于金屬B的，則在同一瞬間由A擴(kuò)散到B的電子將比由B擴(kuò)散到A的電子多，因而A對(duì)于B因失去電子而帶正電，B獲得電子而帶負(fù)電，在接觸處便產(chǎn)生電場(chǎng)。A、B之間便產(chǎn)生了一定的接觸電動(dòng)勢(shì)。接觸電勢(shì)原理圖+ABTEAB(T)-5接觸電勢(shì)的大小與兩種金屬的材料、接點(diǎn)的溫度有關(guān)，與導(dǎo)體的直徑、長(zhǎng)度及幾何形狀無關(guān)。對(duì)于溫度為T的接點(diǎn)，有下列接觸電動(dòng)勢(shì)公式：上式說明接觸電動(dòng)勢(shì)的大小與接點(diǎn)溫度的高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。EAB(T)——導(dǎo)體A、B結(jié)點(diǎn)在溫度T時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢(shì)；e——單位電荷，e=1.6×10-19C；K——波爾茲曼常數(shù)，K=1.38×10-23J/K

；nA、nB

——導(dǎo)體A、B在溫度為T時(shí)的電子密度。6對(duì)于任何一種導(dǎo)體，當(dāng)其兩端溫度不同時(shí)，兩端的自由電子濃度也不同，溫度高的一端濃度大，具有較大的動(dòng)能；溫度低的一端濃度小，動(dòng)能也小。因此高溫端的自由電子要向低溫端擴(kuò)散，高溫端因失去電子而帶正電，低溫端得到電子而帶負(fù)電，形成溫差電動(dòng)勢(shì)，又稱湯姆森電動(dòng)勢(shì)。（2）溫差電勢(shì)AEA(T,To)ToT溫差電勢(shì)原理圖7溫差電動(dòng)勢(shì)的大小取決于導(dǎo)體的材料及兩端的溫度。導(dǎo)體A兩端的溫差電動(dòng)勢(shì)可用下式表示：EA（T，T0）——導(dǎo)體A兩端溫度分別為T、T0時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢(shì)；T、T0——高、低溫端的絕對(duì)溫度；

—湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1℃時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)。其大小與材料和溫度有關(guān)同樣導(dǎo)體B兩端的溫差電動(dòng)勢(shì)如下式所示：8由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T、T0,如果T＞T0，nA>nB

則必存在著兩個(gè)接觸電勢(shì)和兩個(gè)溫差電勢(shì)，回路總電勢(shì)：T0TEAB(T)EAB(T0)EA(T,T0)EB(T,T0)AB（3）回路總電勢(shì)9由此可以得出以下結(jié)論：①如果熱電偶兩電極材料相同，即，即使兩端溫度不同，但閉合回路的總電勢(shì)仍為0，因此熱電偶必須用兩種不同材料作熱電極；②如果熱電偶兩電極材料不同，而熱電偶兩端的溫度相同，即，閉合回路中也不產(chǎn)生熱電勢(shì)。③

熱電偶回路的熱電動(dòng)勢(shì)只與組成熱電偶的材料及兩端接點(diǎn)的溫度有關(guān)；與熱電偶的長(zhǎng)度、粗細(xì)、形狀無關(guān)。10由于在金屬中自由電子數(shù)目很多，溫度對(duì)自由電子密度的影響很小，故溫差電動(dòng)勢(shì)可以忽略不計(jì)，在熱電偶回路中起主要作用的是接觸電動(dòng)勢(shì)。在工程上常用上式來表征熱電偶回路的總電勢(shì)。并通常使為常數(shù)，即這樣回路總熱電勢(shì)就是溫度的單值函數(shù)，這給工程中熱電偶測(cè)量溫度帶來極大方便。并通常令，然后在不同的測(cè)量端溫度下精確地測(cè)量出回路中的總熱電勢(shì)，并將所測(cè)的結(jié)果繪制成曲線或表格，以供在使用時(shí)查閱。1112為什么所有的曲線均過原點(diǎn)（零度點(diǎn)）？132.熱電偶基本定理由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的熱電偶，即使兩個(gè)接點(diǎn)的溫度不同，回路中的總電勢(shì)也等于零。（1）均質(zhì)導(dǎo)體定律如果兩個(gè)熱電極是非均質(zhì)導(dǎo)體，在不均勻溫度場(chǎng)中測(cè)溫時(shí)將造成測(cè)量誤差，所以熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。因此在熱電偶的檢定實(shí)驗(yàn)中要檢查兩種導(dǎo)體材料是否相同，也要檢查熱電極材料的均勻性，以便判斷熱電偶是否合格。14（2）中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體C，只要第三種導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱電動(dòng)勢(shì)不變，即中間導(dǎo)體對(duì)回路總電勢(shì)沒有影響。T0T0BTAC右圖回路中的總電動(dòng)勢(shì)為：如果回路中三個(gè)接點(diǎn)的溫度都相同，即T＝T0，則回路總電動(dòng)勢(shì)必為零，即：即則15如果按右圖接入第三種導(dǎo)體C，則回路中的總電動(dòng)勢(shì)為：T1CT0T1TBA而所以由以上分析可見，在利用熱電偶測(cè)溫時(shí)，一定要盡量保證接入的導(dǎo)線和儀表在其兩接入端點(diǎn)溫度相同，否則測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確。同時(shí)利用這個(gè)定則還可以使用開路熱電偶測(cè)量液態(tài)金屬和金屬壁面的溫度。16在煉鋼廠中有時(shí)直接將廉價(jià)熱電極(易耗品，例如鎳鉻-鎳硅熱偶絲，時(shí)間稍長(zhǎng)即熔化)插入鋼水中測(cè)量鋼水溫度，如圖所示：試說明

1)為什么不必將工作端焊在一起?

2)要滿足哪些條件才不影響測(cè)量精度?采用上述方法是利用了熱電偶什么定律？

3)如果檢測(cè)物不是鋼水，而是熔化的塑料行嗎？為什么？

17

用熱電偶測(cè)量金屬壁面溫度有兩種方案，如下圖所示，當(dāng)熱電偶具有相同的參考端溫度t0時(shí)，問在壁溫相等的兩種情況下，儀表的示值是否一樣？為什么？18（3）中間溫度定律如果不同的兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶回路,其接點(diǎn)溫度分別為T、T0時(shí),則其熱電勢(shì)EAB(T,T0)等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為(T,Tm)和(Tm,T0)時(shí)相應(yīng)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。BATmTT0

ABTm19證明：BATmTT0

ABTm即：即該定則為使用分度表奠定了理論基礎(chǔ)。該定律是參考端溫度計(jì)算修正法的理論依據(jù)。實(shí)際中利用熱電偶測(cè)溫時(shí)，常常參考端不為0°C，可以利用此定律進(jìn)行修正。20即該定則為使用分度表奠定了理論基礎(chǔ)。熱電偶分度表表達(dá)的是在參考端溫度為0°C時(shí)，熱端溫度與熱電勢(shì)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并以表格的形式加以表示。例題：用鎳鉻－鎳硅（K型）熱電偶測(cè)量某一溫度時(shí)，若冷端（參考端）溫度，測(cè)得的熱電勢(shì)為，求測(cè)量端實(shí)際溫度2122（4）標(biāo)準(zhǔn)（參考）電極定律如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)也就可知。T0TEAB(T,T0)ABT0TEAC(T,T0)ACT0TEBC(T,T0)BC23兩式相減得：根據(jù)中間導(dǎo)體定則可知：24由此可見，當(dāng)任一電極B,C,…與一標(biāo)準(zhǔn)電極A組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)為已知時(shí)，就可以利用上述定律求出這些電極任意組合而成熱電偶時(shí)的熱電勢(shì)。由于純鉑絲的物理化學(xué)性能穩(wěn)定，溶點(diǎn)教高，易提純，所以在工程上常用作標(biāo)準(zhǔn)電極。代入前式可得：25解：由標(biāo)準(zhǔn)電極定律，鎳鉻和考銅熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)應(yīng)等于鎳鉻合金與純鉑熱電偶與考銅與純鉑熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的差，即例

熱端為100℃、冷端為0℃時(shí)，鎳鉻合金與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為2.95mV，而考銅與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)為-4.0mV，求鎳鉻和考銅組合而成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)。2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV263.常用熱電偶及其結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)

工程上實(shí)用的熱電偶應(yīng)該線性度好、穩(wěn)定性好、互換性好、響應(yīng)快，以及便于加工。國(guó)際電工委員會(huì)共推薦了8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。所謂標(biāo)準(zhǔn)化是指工藝上比較成熟，能批量生產(chǎn)、性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛，具有統(tǒng)一分度表并已列入國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件中的熱電偶。從1988年1月1日起，我國(guó)熱電偶和熱電阻的生產(chǎn)全部按國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）的標(biāo)準(zhǔn)，并指定S、B、E、K、R、J、T（分度號(hào)）七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。但其中的R型（鉑銠13-鉑）熱電偶，因其溫度范圍與S型（鉑銠10-鉑）重合,我國(guó)沒有生產(chǎn)和使用。27幾種常用熱電偶的測(cè)溫范圍及特點(diǎn)

分度號(hào)

名稱

測(cè)量溫度范圍

特點(diǎn)E鎳鉻－銅鎳－40～800

C優(yōu)點(diǎn)：適用于還原氣氛中，靈敏度高，價(jià)格低缺點(diǎn)：使用溫度區(qū)窄，易氧化，高溫有滯后現(xiàn)象K鎳鉻－鎳硅

-40～1000

C優(yōu)點(diǎn)：線性度好，適于氧化性氣體，耐金屬蒸汽，價(jià)格低缺點(diǎn)：略有滯后現(xiàn)象，高溫還原氣氛中易腐蝕S鉑銠10—鉑0～1400

C優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性好，可做標(biāo)準(zhǔn)電極，可在氧化性和中性介質(zhì)中使用缺點(diǎn)：鉑分子易揮發(fā)而變質(zhì)，熱電勢(shì)小，成本高B鉑銠30－鉑銠6300～1700

C優(yōu)點(diǎn)：可長(zhǎng)期應(yīng)用于1600°C以上高溫，適合于氧化及中性介質(zhì)中使用缺點(diǎn)：常溫時(shí)熱電勢(shì)小，價(jià)格高28標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶熱電勢(shì)和溫度的關(guān)系2930普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭31接線盒引出線套管

熱電偶工作端（熱端）

不銹鋼保護(hù)管

普通裝配型熱電偶的結(jié)構(gòu)放大圖

固定螺紋（出廠時(shí)用塑料包裹）32鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可長(zhǎng)達(dá)上百米薄壁金屬保護(hù)套管（鎧體）

BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面33鎧裝型熱電偶

鎧裝熱電偶的制造工藝：把熱電極材料與高溫絕緣材料預(yù)置在金屬保護(hù)管中、運(yùn)用同比例壓縮延伸工藝、將這三者合為一體，制成各種直徑、規(guī)格的鎧裝偶體，再截取適當(dāng)長(zhǎng)度、將工作端焊接密封、配置接線盒即成為柔軟、細(xì)長(zhǎng)的鎧裝熱電偶。

鎧裝熱電偶特點(diǎn)：內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機(jī)械外力沖擊的特性。鎧裝熱電偶可以制作得很細(xì)，能解決微小、狹窄場(chǎng)合的測(cè)溫問題，且具有抗震、可彎曲、超長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。34薄膜型熱電偶用真空蒸鍍、化學(xué)涂層等方法將熱電偶材料蒸鍍到絕緣基板上面制成。其本身熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，故適合于測(cè)量微小面積和瞬時(shí)變化的溫度。35熱電偶的特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，使用方便，熱電偶的電極不受大小和形狀的限制，可按照需要進(jìn)行配制。因?yàn)樗妮敵鲂盘?hào)為電動(dòng)勢(shì)，因此測(cè)量時(shí)，可不要外加電源。輸出靈敏度一般為μV／℃，室溫下的典型輸出電壓為毫伏數(shù)量級(jí)。測(cè)量范圍廣，可從－269℃～1800℃。測(cè)量精度高，熱電偶與被測(cè)對(duì)象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響。便于遠(yuǎn)距離測(cè)量、自動(dòng)記錄及多點(diǎn)測(cè)量。364.熱電偶參考端（冷端）的補(bǔ)償原因：熱電偶熱電勢(shì)的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢(shì)是以冷端溫度0℃為依據(jù)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。為了準(zhǔn)確獲得穩(wěn)定的冷端溫度，必須對(duì)其進(jìn)行一定的修正或補(bǔ)償。方法冷端恒溫法熱電偶導(dǎo)線補(bǔ)償法參考端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法37（1）冷端恒溫法把熱電偶的兩個(gè)冷端分別插入盛有絕緣油的試管中，然后放入裝有冰水混合物的容器中，使T0=0℃。也稱為冰點(diǎn)槽法。這是一種精度很高的冷端溫度處理方法，適合于實(shí)驗(yàn)室中的精密測(cè)量和檢定熱電偶時(shí)使用。由于半導(dǎo)體制冷技術(shù)和精密控溫技術(shù)的發(fā)展，目前我國(guó)已研制出電子式冰點(diǎn)恒溫裝置，它使參考端保持在0℃，穩(wěn)定性在正負(fù)0.05℃以內(nèi)，體積小，操作簡(jiǎn)單，使用方便。38在實(shí)際生產(chǎn)中．冷端測(cè)度往往不是0°C，而是某一恒值溫度Tm，這就引起測(cè)量誤差。因此，必須對(duì)冷端溫度進(jìn)行修正。例如，某—設(shè)備其冷端溫度為Tm，這時(shí)測(cè)得的熱電勢(shì)為EAB(T，Tm)。為求得實(shí)際T的溫度，可利用下式進(jìn)行修正，即由此可知，冷端溫度的修正方法是把測(cè)得的熱電勢(shì)EAB(T，Tm)

，加上熱端為Tm

，冷端為00C時(shí)的熱電偶的熱電勢(shì)EAB(Tm，0)

，才能得到實(shí)際溫度下的熱電勢(shì)EAB(T，0)

。39（2）熱電偶導(dǎo)線補(bǔ)償利用補(bǔ)償導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場(chǎng)所。根據(jù)中間溫度定律，只要熱電偶的兩個(gè)熱電極分別與兩補(bǔ)償導(dǎo)線的接點(diǎn)溫度一致，就不會(huì)影響熱電動(dòng)勢(shì)的輸出。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)（0～100℃或0～200℃）

，與配用熱電偶的熱電特性相同的一對(duì)帶有絕緣層的廉金屬導(dǎo)線。40按照補(bǔ)償原理分為延長(zhǎng)型和補(bǔ)償型兩種補(bǔ)償導(dǎo)線延長(zhǎng)型選用的導(dǎo)體或半導(dǎo)體線狀材料的名義化學(xué)成分及熱電勢(shì)標(biāo)稱值與配用的熱電偶相同，即材料特性與熱電極相同，用字母X附加在分度號(hào)后面表示，如KX表示與K型熱電偶配用的延長(zhǎng)型補(bǔ)償導(dǎo)線；補(bǔ)償型選用的導(dǎo)體或半導(dǎo)體線狀材料的名義化學(xué)成分與配用的熱電偶不同，但其熱電勢(shì)值在100℃以下時(shí)與配用的熱電偶的熱電勢(shì)標(biāo)稱值相同，即材料特性與熱電極相近，用字母C附加在熱電偶分度號(hào)后表示，如KC表示與K型熱電偶配用的補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線。41（3）參考端(冷端)溫度自動(dòng)補(bǔ)償法（電橋補(bǔ)償法）工業(yè)中，常采用參考端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法，這種方法就是在熱電偶和測(cè)量?jī)x表之間增加一個(gè)不平衡直流電橋（也稱為溫度補(bǔ)償器）。冷端補(bǔ)償器的作用注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。

mVEAB(T,T0)T0T0TAB++-abUUabRCuR1R2R3R42利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢(shì)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢(shì)的變化值。不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個(gè)橋臂和橋路電源組成。設(shè)計(jì)時(shí)，在20℃下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時(shí)Uab=0，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。T0Ua

Uab

EAB(T,T0)冷端補(bǔ)償器的作用注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。

mVEAB(T,T0)T0T0TAB++-abUUabRCuR1R2R3R供電4V直流，在0～40℃或-20～20℃的范圍起補(bǔ)償作用。注意，不同材質(zhì)的熱電偶所配的冷端補(bǔ)償器，其中的限流電阻R不一樣，互換時(shí)必須重新調(diào)整。435.熱電偶的實(shí)用測(cè)量電路（1）測(cè)量某一點(diǎn)的溫度TnT0T0TnCDEABT注意：多個(gè)熱電偶一起使用時(shí)，只能是同一分度號(hào)的熱電偶，且參考端溫度應(yīng)相同。C、D為補(bǔ)償導(dǎo)線44（2）測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的溫度差（反向串聯(lián)）AT2儀表BT1CDT0T0BAC圖中用了兩支型號(hào)相同的熱電偶反向串聯(lián)，并配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線。回路內(nèi)的總電動(dòng)勢(shì)為:45因?yàn)楣蔄T2儀表BT1CDT0T0BAC46（3）測(cè)量多點(diǎn)平均溫度（同向并聯(lián)）T1RT0T2RT0T3RT0儀表ABABAB每只熱電偶的輸出為：根據(jù)電路理論，當(dāng)儀表的輸入阻抗很大時(shí)，回路總的熱電動(dòng)勢(shì)為:多個(gè)型號(hào)相同的熱電偶同向并聯(lián)，并配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線。在每一個(gè)熱電偶線路中分別串聯(lián)均衡電阻R47（4）測(cè)量多點(diǎn)溫度之和（同向串聯(lián)）所以T1T0T2儀表T3T0ABDDDCCCABAB多個(gè)型號(hào)相同的熱電偶同向串聯(lián)并配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線。根據(jù)中間導(dǎo)體定則，只要在熱電極之間接入的材料在接入點(diǎn)溫度相同，將對(duì)熱電偶總熱電勢(shì)沒有影響，486.熱電偶應(yīng)用舉例

1）熱電偶測(cè)金屬表面溫度表面溫度測(cè)量是溫度測(cè)量的一大領(lǐng)域。金屬表面溫度的測(cè)量對(duì)于機(jī)械、冶金、能源、國(guó)防等部門來說是非常普通的問題。一般在200～300℃以下溫度時(shí)，可采用粘接劑將熱電偶的結(jié)點(diǎn)粘附于金屬壁面，工藝比較簡(jiǎn)單。在溫度較高且測(cè)量精度高和時(shí)間常數(shù)小的情況下，常采用焊接的方法，將熱電偶頭部焊于金屬壁面。

2）測(cè)控應(yīng)用圖3.75所示為常用爐溫測(cè)量采用的熱電偶測(cè)量系統(tǒng)圖。493.用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)某一水池內(nèi)水的溫度，測(cè)出的熱電動(dòng)勢(shì)為2.436mV。再用溫度計(jì)測(cè)出環(huán)境溫度為30℃(且恒定)，求池水的真實(shí)溫度。2．已知鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶的熱端溫度t＝800℃，冷端溫度t0＝25℃，求E(t，to)是多少毫伏?1.利用熱電偶測(cè)溫必須具備哪兩個(gè)條件?作業(yè)50513.8.2熱電阻熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。這種現(xiàn)象稱為熱阻效應(yīng)。根據(jù)熱電阻材料的不同分為：

金屬熱電阻－－－通常簡(jiǎn)稱為熱電阻；

半導(dǎo)體熱電阻－－通常簡(jiǎn)稱為熱敏電阻。熱電阻測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)可以遠(yuǎn)傳、靈敏度高、無需參比溫度；缺點(diǎn)是需要電源激勵(lì)、有自熱現(xiàn)象會(huì)影響測(cè)量精度。52取一只100W/220V燈泡，用萬用表測(cè)量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484

。53金屬熱電阻材料的選擇：選擇電阻隨溫度變化成單值連續(xù)關(guān)系的材料，最好是呈線性或平滑特性，這一特性可以用分度公式和分度表描述。有盡可能大的電阻溫度系數(shù)。電阻溫度系數(shù)一般表示為在某一溫度間隔內(nèi)，溫度變化1℃時(shí)的電阻相對(duì)變化量，單位為1/℃。有較大的電阻率，以便制成小尺寸元件，較小測(cè)溫?zé)釕T性。測(cè)溫范圍內(nèi)物理化學(xué)性能穩(wěn)定。復(fù)現(xiàn)性好、易于得到高純物質(zhì)，價(jià)格便宜等。工業(yè)熱電阻：熱電阻材料主要是鉑、銅、鎳、銦、錳等。用的最多的是鉑和銅。鉑熱電阻Pt10、Pt100銅熱電阻G（R＝53歐）、Cu50、Cu100應(yīng)用于-200~800℃范圍內(nèi)的溫度測(cè)量

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1）鉑電阻

鉑電阻的電阻體是用直徑為0.02mm～0.07mm的鉑絲，按一定規(guī)律繞在云母、石英或陶瓷支架上而制成的。鉑絲繞阻的端頭與銀線相焊，并套以瓷管加以絕緣保護(hù)。鉑電阻主要用于制成標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì),其測(cè)量范圍一般為-200～650℃。

當(dāng)溫度t為0℃～650℃時(shí)，當(dāng)溫度t為-200℃～0℃范圍內(nèi)式中：A、B、C－常數(shù)；鉑容易提純，其物理、化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定,且測(cè)量精度高，所以它能用作工業(yè)測(cè)溫元件和作為溫度標(biāo)準(zhǔn)。按國(guó)際溫標(biāo)IPTS-68規(guī)定，在-259.34℃~630.73℃溫域內(nèi)，以鉑電阻溫度計(jì)作基準(zhǔn)器。查分度表得相應(yīng)溫度值。55

2）銅電阻

銅電阻的電阻體是一個(gè)銅絲繞組，繞組是由0.1mm直徑的漆包絕緣銅絲分層雙向繞在圓形骨架上。為了防止松散，整個(gè)元件要經(jīng)過酚醛樹脂浸漬后，在溫度為120℃的烘箱內(nèi)保持24小時(shí)，然后自然冷卻至常溫才能使用。在的溫度范圍內(nèi)，銅電阻阻值與溫度關(guān)系幾乎是線性的，可用下式近似表示

式中—溫度為時(shí)的電阻值；

—溫度為時(shí)的電阻值；

—銅電阻溫度系數(shù)，。

銅熱電阻國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的R0有100Ω、50Ω、53Ω等幾種。

在-50～150℃范圍內(nèi)，銅電阻化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，輸出—輸入特性接近線性，價(jià)格低廉。銅電阻的缺點(diǎn)是電阻率低，體積大，熱慣性大，易氧化，不適合在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。56溫度（0C）0102030405060708090電阻（Ω）-5041.74053.0050.7548.5046.2443.99-053.0055.2557.5059.7562.0164.2666.5268.7771.0273.27-175.5277.7880.0382.2884.5486.79WZB型銅熱電阻G分度表57⑴銦電阻銦電阻用99.999%高純度的銦絲繞成電阻，適宜在-269～-258℃溫度范圍內(nèi)使用。實(shí)驗(yàn)證明，在4.2K~15K范圍內(nèi)，銦電阻靈敏度比鉑電阻高10倍。銦電阻的缺點(diǎn)是材料軟，復(fù)制性差。3）其他熱電阻⑵錳電阻錳電阻適宜在-271℃～-210℃溫度范圍內(nèi)使用。其優(yōu)點(diǎn)是在2K~63K溫度范圍內(nèi)電阻隨溫度變化大，靈敏度高。錳電阻的缺點(diǎn)是材料脆，難拉成絲。⑶碳電阻碳電阻適宜在-273℃～-268.5℃溫度范圍內(nèi)使用。其優(yōu)點(diǎn)是熱容量小，靈敏度高，價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)便。但是碳電阻的熱穩(wěn)定性較差。58熱電阻結(jié)構(gòu)與熱電偶類似

WZP2-240/A級(jí)3線300/150mmE(0-300℃)隔爆熱電阻

WZC-111/Φ12*1000mmCu50銅熱電阻

WZPK2-103/B級(jí)Φ6*515mm(0-300℃)鉑熱電阻

4）熱電阻結(jié)構(gòu)595)熱電阻測(cè)量線路熱電阻測(cè)量電路一般采用電橋電路.rrrrrrrrr若熱電阻安裝的地方與指示儀表相距甚遠(yuǎn)時(shí)，則其連線的導(dǎo)線電阻r也要受到溫度的影響而發(fā)生改變，這樣測(cè)得的溫度就存在誤差。為了減小這個(gè)誤差，可采用三線或四線連接法，由于將兩根引線分別接入兩個(gè)相鄰的橋臂中，從而使溫度影響被抵消.60R1R2R3Rtr1r3r2EABM當(dāng)熱電阻的三根連接導(dǎo)線直徑和長(zhǎng)度相同，即r1=r2=r3＝r時(shí)電橋平衡，則有可見：且電橋平衡狀態(tài)下，即可消除連線電阻對(duì)橋路平衡的影響。三線制可以減小熱電阻與測(cè)量?jī)x表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測(cè)量誤差。61r1r2r3r4RtU電壓表恒流源熱電阻兩端各用兩根導(dǎo)線連接到儀表上，一般是用直流電位差計(jì)作為指示記錄儀器，由恒流源供電四線制可以完全消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響，常用于高精度溫度檢測(cè)。6