熱電阻測溫原理及常見故障

1、熱電阻及其測溫原理在工業(yè)應(yīng)用中，熱電偶一般適用于測量500 以上的較高溫度。對于500 以下的中、低溫度，熱電偶的輸出的熱電勢很小，這對二次儀表的放大器、抗干擾措施等的要求就很高，否則難以實現(xiàn)精確測量；而且，在較低溫區(qū)域，冷端溫度的變化所引起的相對誤差也非常突出。所以測量中、低溫度一般使用熱電阻溫度測量儀表較為合適。1 、 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

2、表示，即R=Rt01+ a （t-t 0）式中，Rt為溫度t時的阻值；Rto為溫度t0 （通常t0=0C）時對應(yīng)電阻值；a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 =Ae B/t式中 Rt 為溫度為 t 時的阻值； 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-50300 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 -200500 范圍內(nèi)的溫度測量，其特點是測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應(yīng)用極其廣泛。2 、 工業(yè)上常用金屬熱電阻從電阻隨溫

3、度的變化來看， 大部分金屬導(dǎo)體都有這個性質(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（最好呈線性關(guān)系）。目前應(yīng)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(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越??；銅電阻在測溫范圍內(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。中國最常用的有Ro=10 Q、Ro=100 Q和Ro=1000 Q等幾種，它們的分度號分別為

4、Pt10、Pt10 0、Pt1000 ;銅電阻有 R0=50 Q和R0=100 Q 兩種，它們的分度號為 Cu50和Cu100 。 其中 Pt100 和 Cu50 的應(yīng)用最為廣泛。3、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

5、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)過程控制中的最常用的引線電阻。（熱電阻采用三線制， 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。 ）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@種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫

6、度檢測。4 、 熱電阻的結(jié)構(gòu)形式和熱電偶溫度傳感器相類似， 工業(yè)上常用的熱電阻主要有普通裝配式熱電阻和鎧裝熱電阻兩種型式。普通通裝配式熱電阻是由感溫體、有銹鋼外保護(hù)管、接線盒以及各種用途的固定裝置級成，安裝固定裝置有固定外螺紋、活動法蘭盤、固定法蘭和帶固定螺栓錐形保護(hù)管等形式。鎧裝熱電阻外保護(hù)套管采用不銹鋼，內(nèi)充高密度氧化物絕緣體，具有很強(qiáng)的抗污染性能和優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度。與前者相比，鎧裝熱電阻具有直徑小、易彎曲、抗震性好、熱響應(yīng)時間快、使用壽命長的優(yōu)點。對于一些特殊的測溫場合，還可以選用一些專業(yè)型熱電阻，如，測量固體表面溫度可以選用端面熱電阻， 在易燃易爆場合可以選用防爆型熱電阻，測量震動設(shè)備上

7、的溫度可以選用帶有防震結(jié)構(gòu)的熱電阻等2 線、 3 線、 4 線熱電阻測溫原理有何區(qū)別與熱電阻連接的檢測設(shè)備（溫控表、PLC輸入等）都有四個接線端子。I+、I-、V+、V-o其中，I+、I-端是為了給熱電阻提供恒定的電流，V+、V-是用來監(jiān)測熱電阻的電壓變化，依次檢測溫度變化。4 線就是從熱電阻兩端引出 4 線，和 4 個端子連接。3 線就是引出 3 線，這需要檢測設(shè)備方的 I-V- 短接。2線就使引出2線，這需要檢測設(shè)備方的I-V-、I+/V+短接A- A-RTD4 智注:窟：筆廣且曰口的送肥用R-U.斗骼到HTD的導(dǎo)箍電郵犒吱最善RTD海At Senoe-A- S43fr-a- Somfw*

8、 a- Ecurte-事”3尸臣寸扇kRTD3rttJTXMA- SnmA-a- Source +a- Source -6_11竹12=出測溫原理都一樣，只是接線區(qū)別測溫原理都一樣，只是接線區(qū)別。應(yīng)該說，電流回路和電壓測量回路是否分開接線的問題。2線，電流回路和電壓測量回路合二為1,精度差。3線，電流回路的參考位和電壓測量回路的參考位為一條線。精度稍好。4線，電路回路和電壓測量回路獨(dú)立分開，精度高，但費(fèi)線。熱電阻基本知識 一熱電阻測溫原理及材料熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉗熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫， 而且被制成標(biāo)準(zhǔn)

9、的基準(zhǔn)儀。一、熱電阻測溫原理及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)用最多的是鉗和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用甸、 饃、鎰和銬等材料制造熱電阻。1、鉗熱電阻的溫度特性(1 )在0850 C范圍內(nèi):凡二招（1+市+質(zhì)（2）在-2000 C范圍內(nèi)：此=l+Ai + Bt2 +C（t-1 GO）/3 式中 A、B、C 的系數(shù)各為：A=3.90802X 10-3C-1 ； B=-5.802 X10-7C-2C=-4.27350 X10-12C-4鉗電阻阻值與溫度的分度關(guān)系由止兩式?jīng)Q定。2、銅熱電阻的溫度特性在-50150 C范圍內(nèi)

10、：用二為（1 + 4 + W + CP）式中 A=4.28899X 10-3C-1; B=-2.133 X 10-7C-2; C=1.233X 10-9C-3銅電阻和溫度的分度關(guān)系由上式?jīng)Q定，鉗熱電阻和銅熱電阻的技術(shù)性能見表1-1表1-1常用熱電阻的技術(shù)性能名稱分度號溫度范圍c溫度為0C時阻值R0, Q電阻比R100/R0主要特點標(biāo)準(zhǔn)熱電阻鉗電阻（WZP）Pt10-20085010+0.011.385 此001測量精度高， 穩(wěn)定性好，可 作為基準(zhǔn)儀 器Pt5050 +0.051.385 此001Pt100100+0.11.385 此001銅電阻（WZC）Cu50-5015050 +0.051.

11、428 此002穩(wěn)定性好，便 宜;但體積 大，機(jī)械強(qiáng)度 較低Cu100100+0.11.428 此002銀電阻（WZN）Ni100-60180100+0.11.617 此003靈敏度高，體 積??；但穩(wěn)定 性和復(fù)制性 較差Ni300300 +0.31.617 此003Ni500500 +0.51.617 此003低溫?zé)犭娮桢d電阻3.490K100復(fù)現(xiàn)性較好，在 4.515K溫度范圍內(nèi)，靈敏度比粕 電阻高十倍； 但復(fù)制性較 差，材質(zhì)軟， 易變形鑄鐵熱電阻2300K20、50 或 100R4.2k/R273k 約為 0.07有較高的靈 敏度，復(fù)現(xiàn)性 女?布0.520K 溫 度范圍內(nèi)可 作精測量；但

12、長期穩(wěn)定性 和復(fù)制性較 差粕鉆熱電阻2100K100R4.2k/R273k 約為 0.07熱響應(yīng)好、 自然小，機(jī) 械性能好， 溫度低于 300K時，靈 敏度大大高 于粕；但不 能作為標(biāo)準(zhǔn) 溫度計2 #2二、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:1、熱電阻和顯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。三、熱電阻故障原因及處理方法熱電阻的常見故障是熱電阻的短路和斷路。一般斷路更常見，這是因為熱電阻絲較細(xì)所致。斷路和短路是很容易判斷的，可用萬用表的X1檔，如測得的阻值小于 Ro,則可能有短路的地方；若萬用表指示為無窮大，則可斷定電阻體已斷路。電阻體短路一般較易處理，只要不影響電阻絲的長短和粗細(xì)，找到短路處進(jìn)行吹干， 加強(qiáng)絕緣即可。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，焊后要校驗合格后才能使用。熱電阻測溫系統(tǒng)在運(yùn)行中常見故障 及處理方法見表3-1。表3-1熱電阻測溫系統(tǒng)常見故障及處理方法故障現(xiàn)象可能原因處理方