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熱電阻工作原理
閱讀：2829 發(fā)布時(shí)間：2015-9-2熱電阻是中低溫區(qū)zui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(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量度是zui高的,，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫,，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。
與熱電偶的測溫原理不同的是,，熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)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?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類,。
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(yīng)電阻值,；α為溫度系數(shù)。
半導(dǎo)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(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。
相比較而言,，熱敏電阻的溫度系數(shù)更大,，常溫下的電阻值更高（通常在數(shù)千歐以上），但互換性較差,，非線性嚴(yán)重,，測溫范圍只有-50~300℃左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測和控制,。金屬熱電阻一般適用于-200~500℃范圍內(nèi)的溫度測量,，其特點(diǎn)是測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好,、性能可靠,，在程控制中的應(yīng)用極其廣泛。
熱電阻材料
熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的,。熱電阻大都由純金屬材料制成,，目前應(yīng)用zui多的是鉑和銅，此外,，現(xiàn)在已開始采用鎳,、錳和銠等材料制造熱電阻。
熱電阻種類
?。?）精密型熱電阻：工業(yè)常用熱電阻感溫元件（電阻體）的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),。從熱電阻的測溫原理可知,，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的,，因此,，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測量帶來影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制,。
?。?）鎧裝熱電阻：鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線,、絕緣材料,、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為φ2~φ8mm,，zui小可達(dá)φmm,。 與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：
?、袤w積小,，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上,，測量滯后?。?/span>
?、跈C(jī)械性能好,、耐振，抗沖擊,；
?、勰軓澢阌诎惭b,；
?、苁褂脡勖L。
?。?）端面熱電阻：端面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(jì)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(jī)件的端面溫度。
?。?）隔爆型熱電阻：隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒,，把其外殼內(nèi)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盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場不會(huì)引超爆炸,。隔爆型熱電阻可用于Bla~B3c級區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場所的溫度測量,。
工業(yè)上常用金屬熱電阻
從電阻隨溫度的變化來看，大部分金屬導(dǎo)體都有這個(gè)性質(zhì)，但并不是都能用作測溫?zé)犭娮?，作為熱電阻的金屬材料一般要求：盡可能大而且穩(wěn)定的溫度系數(shù),、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(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)物理性能,、材料的復(fù)制性好,、電阻值隨溫度變化要有間值函數(shù)關(guān)系（呈線性關(guān)系）。
目前應(yīng)用zui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(wěn)定性好，具有一定的非線性,，溫度越高電阻變化率越?。汇~電阻在測溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系,，溫度線數(shù)大,，適用于無腐蝕介質(zhì)，超過150易被氧化,。中國zui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(yīng)用。
熱電阻的信號連接方式
熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件,，通常需要把電阻信號通過引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上,。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，與控制室之間存在一定的距離,，因此熱電阻的引線對測量結(jié)果會(huì)有較大的影響,。
目前熱電阻的引線主要有三種方式
○1二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號的方式叫二線制：這種引線方法很簡單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r,，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度的因素有關(guān),，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合
○2三線制：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的方式稱為三線制,，這種方式通常與電橋配套使用,，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的zui常用的引線電阻,。
○3四線制：在熱電阻的根部兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制,，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I,，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號U，再通過另兩根引線把U引至二次儀表,?？梢娺@種引線方式可*消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測,。
熱電阻采用三線制接法,。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測量誤差,。這是因?yàn)闇y量熱電阻的電路一般是不平衡電橋,。熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，其連接導(dǎo)線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分,，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化,，造成測量誤差。采用三線制,，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端,，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測量誤差,。工業(yè)上一般都采用三線制接法,。熱電偶產(chǎn)生的是毫伏信號，不存在這個(gè)問題,。
熱電阻測溫系統(tǒng)的組成
?。?）熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成,。必須注意以下兩點(diǎn)：
?、贌犭娮韬惋@示儀表的分度號必須一致
②為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響,，必須采用三線制接法,。具體內(nèi)容參見本篇第三章。
?。?）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）,、引線、絕緣材料,、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體,，它的外徑一般為φ2~φ8mm，zui小可達(dá)φmm,。 與普通型熱電阻相比,，它有下列優(yōu)點(diǎn)：
①體積小,，內(nèi)部無空氣隙,，熱慣性上,，測量滯后小,；
?、跈C(jī)械性能好、耐振,，抗沖擊,；
③能彎曲,，便于安裝
?、苁褂脡勖L。
?。?）端面熱電阻 端面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(jì)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(jī)件的端面溫度。
?。?）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒,，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影 電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長短而影響電阻值，為此更換新的電阻體為好,，若采用焊接修理,，焊后要校驗(yàn)合格后才能使用。