熱電阻選型時需要注意哪些基本要素

我們都知道，電阻值與材料、長度、橫截面積有關(guān)。當然溫度也是一個不可或缺的因素。溫度對于電阻的影響：

碳硅棒的溫度曲線

CsxFe2Se2單晶在不同壓力下的電阻隨溫度變化曲線

鉑電阻（PT100）的溫度曲線

利用溫度變化帶來電阻變化進行溫度測量的溫度計被稱為熱電阻。這類溫度計結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，性能穩(wěn)定，測量的準確度和靈敏度高，而且便于信號的遠傳、自動記錄和集中控制。通常適用于-200~500℃之間的溫度測量，有些情況下，可以測量更高或更低的溫度。

常見熱電阻結(jié)構(gòu)

熱電阻，不是熱電偶

熱電阻與熱電偶名稱相近，都用于溫度測量，但這兩種溫度儀表有著本質(zhì)的不同：

1.隨溫度變化，熱電阻改變自身的電阻值，而熱電偶是產(chǎn)生感應(yīng)電壓的變化；

2.熱電阻是單一金屬/半導體材料，而熱電偶是雙金屬/半導體材料；

3.測量溫度范圍不同：相比較而言，熱電阻適合低溫測量，而熱電偶適合高溫測量；

4.接線方式不同：熱電偶有正負極，而熱電阻沒有。

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不同的熱電阻材料

熱電阻對制作材料有如下要求：

1.電阻溫度系數(shù)要大。電阻的溫度系數(shù)定義為溫度每升高1開爾文時的電阻相對變化量，電阻溫度系數(shù)越大，溫度計的靈敏度越高，測量結(jié)果越準確。

2.較大的電阻率。電阻率越大，熱電阻的體積就越小，熱容量和熱慣性也越小，對溫度變化的響應(yīng)就越快。

3.在測溫范圍內(nèi)，化學及物理性能穩(wěn)定。

4.電阻值與溫度的關(guān)系近似線性。

5.復現(xiàn)性好。

目前的熱電阻根據(jù)材料，可分為金屬熱電阻和半導體熱電阻（即熱敏電阻）。其中金屬熱電阻主要為鉑和銅。工業(yè)中熱電阻常見的型號有Pt100、Pt10、Cu50、Cu100等。其中，由于Pt100優(yōu)秀的性能，這種熱電阻已經(jīng)成為工業(yè)中最常見的熱電阻。

熱電阻型號通常是材料+0℃時的電阻值，比如Pt100是鉑電阻，在0℃時阻值為100歐姆的熱電阻。

精度等級

銅熱電阻的允許誤差為±（0.30+0.006|t|）；

鉑熱電阻根據(jù)精度不同，允許誤差也不相同。

根據(jù)國標GB/T 30121-2013《工業(yè)鉑電阻及鉑電阻感溫元件》，鉑電阻的允差登記被分為：

1. C級，±（0.60+0.01|t|）；

2. B級，±（0.30+0.005|t|）；

3. A級，±（0.15+0.002|t|）；

4. AA級，±（0.1+0.0017|t|）；

另有鉑電阻生產(chǎn)企業(yè)聲稱可以生產(chǎn)3A甚至5A級鉑電阻，這些基本是以B級鉑電阻的精度為基準設(shè)定的。

注：|t|為溫度絕對值。

絕緣骨架材料

不同絕緣骨架材料應(yīng)對的使用溫度，以及特點不盡相同：

1.云母：適用溫度范圍-200~700℃，這種骨架抗震動性能強，響應(yīng)速度快，但溫度過高將產(chǎn)生水解；

2.玻璃：適用溫度范圍-200~600℃，這種材料體積小，響應(yīng)快，抗振性好，絕緣性能好，熱膨脹系數(shù)與鉑電阻絲材料相近；

3.陶瓷：適用溫度范圍-200~850℃，這種材料體積小，響應(yīng)快，抗振性好，絕緣性能好，熱膨脹系數(shù)與鉑電阻絲材料相近，化學穩(wěn)定性好，高溫下不與鉑起化學反應(yīng)；

4.塑料：適用溫度范圍-50~150℃，這種材料有較好的力學性能，尺寸穩(wěn)定。

低溫熱電阻

當用于測量120K以下溫度時，常用熱電阻無法使用，因此必須選用低溫熱電阻。低溫熱電阻常用于對液態(tài)天然氣、液氫、液氨、超導等應(yīng)用場合，因此這些熱電阻具有體積小、反應(yīng)速度快、精確度高、復現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等特點。

1：鉑電阻電阻率與溫度關(guān)系曲線；2：鉑電阻相對靈敏度曲線

1.低溫鉑電阻：適用溫度范圍13~90K，具有靈敏度高，線性度好，性能穩(wěn)定，通用性強，分度標準化等特點，但當溫度低于13K時，靈敏度顯著下降。

2.銠鐵熱電阻：適用溫度范圍0.3~20K，恰好彌補了低溫鉑電阻的不足，這種電阻的缺點是電阻絲的均勻性差。

3.鍺熱電阻：適用溫度范圍0.1~100K，屬于半導體熱電阻，在低溫下有較大的負溫度系數(shù)，靈敏度很高，熱容小，自熱小，機械強度好；缺點是磁阻效應(yīng)大，互換性較差。

4.滲碳玻璃熱電阻：適用溫度范圍1.6~300K，但經(jīng)常用于測量1.6~30K。這種低溫熱電阻在1.6~30K范圍內(nèi)有較高的靈敏度，穩(wěn)定性能也很好，制造工藝簡單，成本相對較低。

引線形式

由于一般的熱電阻阻值不大，因此熱電阻本身引線和電纜的電阻變化都會給溫度的測量結(jié)果帶來很大影響。一般是通過接線方式進行消除。

測量元件引線形式有二線制、三線制和四線制，購買熱電阻時常見產(chǎn)品為三線制和四線制。

二線制是指熱電阻兩端各引出一根導線，這種測量方法簡單，但是由于連接導線的電阻不能消除所以會造成測量誤差，常用于短距離要求不高的場合。

精度等級達到鉑電阻A級的熱電阻不適采用二線制接法。

三線制是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，這種方式通常與電橋配套使用，兩個導線分別接在電橋的兩個橋背上，另一根線接在電橋的電源上，消除了引線電阻的誤差，這種方法一般在工業(yè)中最常用。

四線制是在熱電阻的根部兩端各連接兩根導線，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流，把電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號；另外兩根導線測量熱電阻上面的電壓，由于電壓測量儀器內(nèi)阻很高，不分流，測到的電壓就完全是熱電阻兩端的電壓，電流已知，通過歐姆定律算出電阻值再轉(zhuǎn)換成溫度。這種方法測量精度高，適用于高精度測量用。

外保護套管結(jié)構(gòu)形式

當工藝過程存在高壓、高流速或腐蝕性的情況，熱電阻本身的保護管不能適用于這樣的條件時，以及要求未裝儀表前工藝管道或設(shè)備為密閉系統(tǒng)的場合，應(yīng)采用溫度計套管，以保證安全和正常操作?；すこ桃话愣家鬁囟扔嬇溆猛獗Ｗo套管。

對于中、低壓介質(zhì)宜選用無縫鋼管式溫度計套管；對于高壓介質(zhì)場合，宜選用直形或錐形整體鉆孔管式溫度計套管；對于被測介質(zhì)流速較高或要求溫度計套管有高強度的場合，應(yīng)選用錐形整體鉆孔式套管；對于要求減小阻力或減小熱響應(yīng)時間的場合，可選用階梯形溫度計套管。對于高壓、高流速用途的溫度計套管還要進行固有頻率、諧振頻率計算及強度分析。