§2-4熱電阻溫度計(jì)

ResistanceThermometer

常用熱電阻種類熱電阻的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體熱敏電阻熱電阻測(cè)溫原理一、熱電阻測(cè)溫原理及特點(diǎn)

用熱電偶測(cè)量500℃以下溫度時(shí)，熱電勢(shì)小，測(cè)量精度低；且使用中經(jīng)常需要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。故工業(yè)上在測(cè)低溫時(shí)通常采用熱電阻溫度計(jì)，其測(cè)溫范圍為－200～500℃。

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。

溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動(dòng)加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過金屬導(dǎo)體時(shí)的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加。優(yōu)點(diǎn)：1）輸出信號(hào)大、測(cè)溫精度高；2）電阻信號(hào)便于遠(yuǎn)傳；3）無需冷端補(bǔ)償；4）可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)切換測(cè)量。1、熱電阻測(cè)溫特點(diǎn)

缺點(diǎn)：1）感溫部分體積大，熱慣性大；2）不能測(cè)取某一點(diǎn)的溫度，只能測(cè)量一個(gè)區(qū)域的平均溫度；3）在使用時(shí)需要外供電源；4）連接導(dǎo)線電阻易受環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生測(cè)量誤差。熱電阻溫度計(jì)的組成：熱電阻（電阻體、絕緣管和保護(hù)套管）連接導(dǎo)線顯示儀表2、熱電阻測(cè)溫原理測(cè)溫原理金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體:

電阻值R=f(溫度t)電阻溫度系數(shù)（α）

——溫度變化1℃時(shí)，導(dǎo)體電阻值的相對(duì)變化量，單位為1/℃。

α↑→靈敏度↑。金屬導(dǎo)體:t↑→Rt↑，∴α為正值；而半導(dǎo)體:t↑→Rt↓，∴α為負(fù)值。金屬純度↑→α↑。有些合金材料，如錳銅

α→0。常用熱電阻材料的電阻與溫度關(guān)系

根據(jù)感溫元件的材質(zhì)可分為金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體兩大類。金屬熱電阻目前大量使用的有鉑、銅和鎳三種。按準(zhǔn)確度等級(jí)可分為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)和工業(yè)電阻溫度計(jì)。

二、常用熱電阻種類熱電阻材料要求：（1）物理及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；（2）電阻溫度系數(shù)大；（3）電阻率大；（4）電阻值與溫度近似為線性關(guān)系；（5）復(fù)現(xiàn)性好；（6）價(jià)格便宜。

特點(diǎn)：穩(wěn)定性好、精確度高、性能可靠。ITS－90規(guī)定以鉑電阻溫度計(jì)作為13.8033K～961.78℃溫域的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)插儀器（1）鉑熱電阻（Pt）鉑的電阻值與溫度的關(guān)系在－200～0℃范圍內(nèi)：在0～850℃范圍內(nèi)：

鉑電阻的純度通常用R100/R0表示。鉑電阻的分度號(hào):Pt10、Pt100、Pt50Pt10—表示鉑電阻在0℃時(shí)的電阻值為R0＝10Ω

學(xué)習(xí)查“鉑熱電阻分度表”鉑熱電阻分度表

銅電阻與溫度的關(guān)系在－50～＋150℃范圍內(nèi)：在0～100℃范圍內(nèi)，電阻溫度關(guān)系是線性的：

Rt

=R0(1+αt)

式中，α＝(4.25~4.28)×10－3/℃,（2）銅熱電阻（Cu）優(yōu)點(diǎn)：R-t關(guān)系近似線性；α較大；材料易提純；價(jià)格便宜，互換性好。缺點(diǎn)：電阻率較小，為保持一定阻值需要細(xì)而長(zhǎng)的銅絲，使體積↑熱慣性↑；測(cè)溫上限低，因?yàn)殂~在100℃以上易氧化且抗腐蝕性差。銅電阻的分度號(hào)：

Cu50和Cu100特點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高。測(cè)溫范圍是－60～＋180℃，主要用于較低溫域。鎳電阻的分度號(hào)有Ni100、Ni300和Ni500（3）鎳熱電阻（Ni）熱電阻的主要技術(shù)性能

例：用分度號(hào)Cu100的銅電阻溫度計(jì)測(cè)得發(fā)電機(jī)冷卻水溫度為56℃，但檢定時(shí)確知銅熱電阻的R0＝100.8Ω，電阻溫度系數(shù)α’＝4.29×10-3/℃，試求冷卻水的實(shí)際溫度。解：測(cè)溫時(shí)顯示儀表按R0=100Ω,

α＝4.28×10-3/℃分度的，

Rt=R0(1+αt)，故100×(1十0.00428×56)=100.8×(1十0.00429×t)由此求得冷卻水實(shí)際溫度t=53.6℃。三、熱電阻的結(jié)構(gòu)

（1）普通熱電阻

（2）鎧裝熱電阻

薄膜型及普通型鉑熱電阻小型鉑熱電阻防爆型鉑熱電阻汽車用水溫傳感器及水溫表銅熱電阻☆熱電阻的接線方法：引出線—由熱電阻體至接線端子的連接導(dǎo)線電橋安裝在儀表室內(nèi)的，而熱電阻Rt安裝在被測(cè)對(duì)象中，距儀表室有一定的距離，由于兩根導(dǎo)線電阻Ra及Rb在一個(gè)橋臂內(nèi)，銅導(dǎo)線電阻受溫度影響較大，在熱電阻沒有任何變化時(shí)，導(dǎo)線電阻變化會(huì)使得平衡電阻RD相應(yīng)移動(dòng)，標(biāo)尺上的讀數(shù)改變。移動(dòng)滑線電阻RD，檢流計(jì)指針指零，表示電橋平衡由于RA／RB一定，故移動(dòng)RD的電阻值不斷平衡，可通過RD電阻刻度或溫度刻度讀取溫度變化。二線制連接法（惠斯登電橋）導(dǎo)線電阻Ra及Rc分別在相鄰橋臂RA及Rt中，另一導(dǎo)線電阻接到公共輸出端。三線制連接法（卡侖達(dá)爾電橋）由于把熱電阻引入橋路的連接導(dǎo)線會(huì)隨溫度產(chǎn)生變化，如果把熱電阻的連接導(dǎo)線都接在一個(gè)橋臂內(nèi)，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)連接導(dǎo)線電阻的變化值將與熱電阻的變化值相疊加，給儀表帶來較大誤差。采用三線制接法，使兩根連接導(dǎo)線的電阻變化分別加在電橋的兩個(gè)臂上，這樣兩根連接導(dǎo)線的電阻變化可以抵消一部分，從而減少對(duì)儀表讀數(shù)的影響。（1）兩線制存在引出線電阻隨溫度變化產(chǎn)生的附加誤差；（2）三線制可以消除引出線電阻的影響；工業(yè)上多采用。（3）四線制不僅可消除引出線電阻的影響，還可消除連接導(dǎo)線間接觸電阻及其阻值變化的影響。多用于標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻的引出線上。熱電阻在使用中的注意事項(xiàng)：為減小環(huán)境溫度對(duì)線路電阻的影響，工業(yè)上常采用三線制連接，也可以采用四線制連接。熱電阻引入顯示儀表的線路電阻必須符合規(guī)定值，否則將產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。熱電阻工作電流應(yīng)小于規(guī)定值，否則因過大電流造成自熱效應(yīng)，產(chǎn)生附加誤差。熱電阻分度號(hào)必須與顯示儀表調(diào)校時(shí)分度號(hào)相向。四、半導(dǎo)體熱敏電阻

（SemiconductorHeat-sensitiveResistance）

工作原理：是利用半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度顯著變化這一特性制成的感溫元件。由某些金屬氧化物按一定的配方比例壓制燒結(jié)而成。負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻（阻值隨溫度升高而顯著減少）采用MnO2、Mn(NO3)4、CuO、Cu(NO3)2等化合物制造；正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻采用NiO2、ZrO2等化合物制造；臨界溫度(CTR)熱敏電阻當(dāng)溫度超過某一數(shù)值后，電阻會(huì)急劇增加或減少。熱敏熱電阻溫度特性電阻與溫度的關(guān)系（非線性的）：

T為熱力學(xué)溫度；e＝2.71828；A、B為常數(shù)。在溫度T0時(shí)的電阻值為兩式整理得:[例]已知某半導(dǎo)體熱敏電阻在20℃時(shí)的阻值為100Ω，其電阻與溫度斜率為dR/dt=－5.0Ω/K。試求：該熱敏電阻在50℃時(shí)的阻值。[提示]利用公式[解]

代入已知數(shù)據(jù)，即可求得A和B的值A(chǔ)=0.000043092(Ω);B=4296.8(K)再利用公式求得，RT在50℃(即50＋273.15K)時(shí)的阻值為25.64Ω。缺點(diǎn)：

1）同一型號(hào)的熱敏電阻的電阻溫度特性分散性很大，互換性差；2）電阻溫度關(guān)系不穩(wěn)定，隨時(shí)間而變,需及時(shí)標(biāo)定。優(yōu)點(diǎn)：1）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高；2）電阻率很大，體積可做的很小，熱慣性小，響應(yīng)快,可用來測(cè)量點(diǎn)的溫度。

3）電阻值很大，連接導(dǎo)線電阻變化的影響可忽略；半導(dǎo)體熱敏電阻的結(jié)構(gòu)圖：

a：珠形熱敏電阻；b：涂敷玻璃的熱敏電阻1：電阻（金屬氧化物燒結(jié)體）；2：引出線（鉑絲）；3：玻璃；4：杜美絲c:帶玻璃保護(hù)套管的熱敏電阻1：金屬氧化物燒結(jié)體；2：鉑絲；5：玻璃管熱敏電阻的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)a）圓片型熱敏電阻b）柱型熱敏電阻c）珠型熱敏電阻d）鎧裝型e）厚膜型f）圖形符號(hào)1—熱敏電阻2—玻璃外殼3—引出線4—紫銅外殼5—傳熱安裝孔

熱敏電阻外形

MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻其他形式的熱敏電阻

玻璃封裝NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻其他形式的熱敏電阻

帶安裝孔的熱敏電阻大功率PTC熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續(xù)）

MF58型（珠形）高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻非標(biāo)熱敏電阻熱敏電阻溫度面板表

熱敏電阻

熱敏電阻體溫表

熱敏電阻用于CPU的溫度測(cè)量

熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制

課外作業(yè)：1、某銅電阻在20℃時(shí)的阻值R20=16.28Ω,其電阻溫度系數(shù)α0＝