熱電阻溫度計(jì)講稿

§2-4熱電阻溫度計(jì)

ResistanceThermometer

常用熱電阻種類(lèi)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(wàn)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(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)的阻礙增大，宏觀(guān)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(wú)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(xiàn)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(xiàn)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(lèi)。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(lèi)熱電阻材料料要求：（1）物理理及化學(xué)性性質(zhì)穩(wěn)定；；（2）電阻溫度系系數(shù)大；（3）電阻率大；（4）電阻阻值與溫度度近似為線(xiàn)性關(guān)系；（5）復(fù)現(xiàn)現(xiàn)性好；（6）價(jià)格便宜宜。特點(diǎn)：穩(wěn)定定性好、精精確度高、、性能可靠靠。ITS－90規(guī)定以以鉑電阻溫溫度計(jì)作為為13.8033K～961.78℃℃溫域的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)插儀儀器（1）鉑熱熱電阻（（Pt）鉑的電阻值值與溫度的的關(guān)系在－200～0℃范范圍內(nèi)：在0～850℃范范圍內(nèi)：鉑電阻的純純度通常用R100/R0表示。鉑電阻的分分度號(hào):Pt10、Pt100、、Pt50Pt10——表示鉑電電阻在0℃℃時(shí)的電阻阻值為R0＝10Ω學(xué)習(xí)查“鉑鉑熱電阻分分度表”鉑熱電阻分分度表銅電阻與溫溫度的關(guān)系系在－50～～＋150℃范圍內(nèi)內(nèi)：在0～100℃范圍圍內(nèi)，電阻阻溫度關(guān)系系是線(xiàn)性的的：Rt=R0(1+αt)式中，α＝(4.25~4.28)××10－3/℃,（2）銅熱熱電阻（（Cu）優(yōu)點(diǎn)：R-t關(guān)系系近似線(xiàn)性性；α較大；材料料易提純；；價(jià)格便宜宜，互換性性好。缺點(diǎn)：電阻率較小小，為保持持一定阻值值需要細(xì)而而長(zhǎng)的銅絲絲，使體積積↑熱慣性↑；測(cè)溫上上限低，因因?yàn)殂~在100℃以上易氧氧化且抗腐腐蝕性差。。銅電阻的分分度號(hào)Cu50和和Cu100特點(diǎn)：電阻阻溫度系數(shù)數(shù)大，靈敏敏度高。測(cè)溫范圍是是－60～～＋180℃，主要要用于較低低溫域。鎳電阻的分分度號(hào)有Ni100、Ni300和Ni500（3）鎳熱熱電阻（Ni）熱電阻的主主要技術(shù)性性能例：用分度號(hào)Cu100的銅電阻阻溫度計(jì)測(cè)測(cè)得發(fā)電機(jī)機(jī)冷卻水溫溫度為56℃，但檢檢定時(shí)確知知銅熱電阻阻的R0＝100.8Ω，電阻阻溫度系數(shù)數(shù)α’＝4.29×10-3/℃，試求求冷卻水的的實(shí)際溫度度。解：測(cè)溫時(shí)顯示示儀表按R0=100Ω,α＝4.28×10-3/℃分度的的，Rt=R0(1+αt)，故100×(1十0.00428×56)=100.8×(1十0.00429×t)由此求得冷冷卻水實(shí)際際溫度t=53.6℃。三、熱電阻阻的結(jié)構(gòu)（1）普通通熱電阻（2）鎧裝裝熱電阻薄膜型及普普通型鉑熱熱電阻小型鉑熱電電阻防爆型鉑熱熱電阻汽車(chē)用水溫溫傳感器及及水溫表銅熱電阻鉑電阻溫度度顯示、變變送器☆熱電阻阻的接線(xiàn)方方法：引出線(xiàn)—由熱電阻體體至接線(xiàn)端端子的連接接導(dǎo)線(xiàn)平衡狀態(tài)下下：IA×RA-IB×RB＝0It×Rt-ID×RD＝0∵IA＝IB＝It＝ID∴電橋安裝在在儀表室內(nèi)內(nèi)的，而熱熱電阻Rt安裝在被測(cè)測(cè)對(duì)象中，，距儀表室室有一定的的距離，由由于兩根導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)電阻Ra及Rb在一個(gè)橋臂臂內(nèi)，銅導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)電阻受受溫度影響響較大，在在熱電阻沒(méi)沒(méi)有任何變變化時(shí)，導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)電阻變變化會(huì)使得得平衡電阻阻RD相應(yīng)移動(dòng)，，標(biāo)尺上的的讀數(shù)改變變。移動(dòng)滑線(xiàn)電電阻RD，檢流計(jì)指指針指零，，表示電橋橋平衡由于RA／RB一定，故移移動(dòng)RD的電阻值不不斷平衡，，可通過(guò)RD電阻刻度或或溫度刻度度讀取溫度度變化。二線(xiàn)制連接接法（惠斯斯登電橋））平衡狀態(tài)下下，考慮Ra、Rc和RbRt+Rc＝（RA+Ra）RD/RB注意：平衡衡時(shí)Ib＝0導(dǎo)線(xiàn)電阻Ra及Rb分別在相鄰鄰橋臂RA及RD中，另一導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)電阻接接到導(dǎo)線(xiàn)的的輸出端。。如果RA＝RD，則環(huán)境溫溫度變化及及電阻自身身發(fā)熱引起起導(dǎo)線(xiàn)電阻阻Ra及Rb的變化基本本相等，對(duì)對(duì)電橋平衡衡影響極小小。三線(xiàn)制連接接法（卡侖侖達(dá)爾電橋橋）（1）兩線(xiàn)制存在引出線(xiàn)線(xiàn)電阻隨溫溫度變化產(chǎn)產(chǎn)生的附加加誤差；（2）三線(xiàn)制可以消除引引出線(xiàn)電阻阻的影響；；工業(yè)上多多采用。（3）四線(xiàn)線(xiàn)制制不僅僅可可消消除除引引出出線(xiàn)線(xiàn)電電阻阻的的影影響響，，還還可可消消除除連連接接導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)間間接接觸觸電電阻阻及及其其阻阻值值變變化化的的影影響響。。多多用用于于標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)鉑鉑熱熱電電阻阻的的引引出出線(xiàn)線(xiàn)上上。。熱電電阻阻在在使使用用中中的的注注意意事事項(xiàng)項(xiàng)：：為減減小小環(huán)環(huán)境境溫溫度度對(duì)對(duì)線(xiàn)線(xiàn)路路電電阻阻的的影影響響，，工工業(yè)業(yè)上上常常采采用用三三線(xiàn)線(xiàn)制制連連接接，，也也可可以以采采用用四四線(xiàn)線(xiàn)制制連連接接。。熱電電阻阻引引入入顯顯示示儀儀表表的的線(xiàn)線(xiàn)路路電電阻阻必必須須符符合合規(guī)規(guī)定定值值，，否否則則將將產(chǎn)產(chǎn)生生系系統(tǒng)統(tǒng)誤誤差差。。熱電電阻阻工工作作電電流流應(yīng)應(yīng)小小于于規(guī)規(guī)定定值值，，否否則則因因過(guò)過(guò)大大電電流流造造成成自自熱熱效效應(yīng)應(yīng)，，產(chǎn)產(chǎn)生生附附加加誤誤差差。。熱電電阻阻分分度度號(hào)號(hào)必必須須與與顯顯示示儀儀表表調(diào)調(diào)校校時(shí)時(shí)分分度度號(hào)號(hào)相相向向。。四、、半半導(dǎo)導(dǎo)體體熱熱敏敏電電阻阻（SemiconductorHeat-sensitiveResistance））工作作原原理理：：是利利用用半半導(dǎo)導(dǎo)體體材材料料的的電阻阻隨隨溫溫度度顯顯著著變變化化這一一特特性性制制成成的的感感溫溫元元件件。。由某某些些金金屬屬氧氧化化物物按按一一定定的的配配方方比比例例壓壓制制燒燒結(jié)結(jié)而而成成。。負(fù)溫溫度度系系數(shù)數(shù)(NTC)熱熱敏敏電電阻阻（（阻值值隨隨溫溫度度升升高高而而顯顯著著減減少少））采用用MnO2、Mn(NO3)4、CuO、、Cu(NO3)2等化化合合物物制制造造；；正溫溫度度系系數(shù)數(shù)(PTC)熱熱敏敏電電阻阻采用用NiO2、ZrO2等化化合合物物制制造造；；臨界界溫溫度度(CTR)熱熱敏敏電電阻阻當(dāng)溫溫度度超超過(guò)過(guò)某某一一數(shù)數(shù)值值后后，，電電阻阻會(huì)會(huì)急急劇劇增增加加或或減減少少。。熱敏熱電阻溫度特性電阻阻與與溫溫度度的的關(guān)關(guān)系系（（非非線(xiàn)線(xiàn)性性的的））：：T為為熱熱力力學(xué)學(xué)溫溫度度；；e＝＝2.71828；；A、、B為為常常數(shù)數(shù)。。在溫溫度度T0時(shí)的的電電阻阻值值為為兩式式整整理理得得:[例例]已知知某某半半導(dǎo)導(dǎo)體體熱熱敏敏電電阻阻在在20℃℃時(shí)時(shí)的的阻阻值值為為100Ω，，其其電電阻阻與與溫溫度度斜斜率率為為dR/dt=－－5.0ΩΩ/K。。試求求：：該該熱熱敏敏電電阻阻在在50℃℃時(shí)時(shí)的的阻阻值值。。[提提示示]利用用公公式式[解解]代入入已已知知數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，即即可可求求得得A和和B的的值值A(chǔ)=0.000043092(Ω);B=4296.8(K)再利利用用公公式式求求得得，，RT在50℃℃(即即50＋＋273.15K)時(shí)時(shí)的的阻阻值值為為25.64Ω。。優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：：1））電阻阻溫溫度度系系數(shù)數(shù)大大，，靈靈敏敏度度高高；；2））電阻阻率率很很大大，，體體積積可可做做的的很很小小，，熱慣慣性性小小，，響響應(yīng)應(yīng)快快,可用用來(lái)來(lái)測(cè)測(cè)量量點(diǎn)點(diǎn)的的溫溫度度。3））電阻阻值值很很大大，，連連接接導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)電電阻阻變變化化的的影影響響可可忽忽略略；；缺點(diǎn)點(diǎn)：：1））同同一一型型號(hào)號(hào)的的熱熱敏敏電電阻阻的的電電阻阻溫溫度度特特性性分分散散性性很很大大，，互互換換性性差差；；2））電阻阻溫溫度度關(guān)關(guān)系系不不穩(wěn)穩(wěn)定定，，隨隨時(shí)時(shí)間間而而變變,需及及時(shí)時(shí)標(biāo)標(biāo)定定。。半導(dǎo)導(dǎo)體體熱熱敏敏電電阻阻的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)圖圖：：a：：珠珠形形熱熱敏敏電電阻阻；；b：：涂涂敷敷玻玻璃璃的的熱熱敏敏電電阻阻1：：電電阻阻（（金金屬屬氧氧化化物物燒燒結(jié)結(jié)體體））；；2：：引引出出線(xiàn)線(xiàn)（（鉑鉑絲絲））；；3：：玻玻璃璃；；4：：杜杜美美絲絲c:帶玻玻璃璃保保護(hù)護(hù)套套管管的的熱熱敏敏電電阻阻1：：金金屬屬氧氧化化物物燒燒結(jié)結(jié)體體；；2：：鉑鉑絲絲；；5：：玻玻璃璃管管熱敏敏電電阻阻的的外外形形、、結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)及及符符號(hào)號(hào)a））圓圓片片型型熱熱敏敏電電阻阻b））柱柱型型熱熱敏敏電電阻阻c））珠珠型型熱熱敏敏電電阻阻d））鎧鎧裝裝型型e））厚厚膜膜型型f））圖圖形形符符號(hào)號(hào)1—熱敏電阻阻2—玻玻璃外殼3—引出線(xiàn)線(xiàn)4—紫銅外殼殼5——傳熱安裝孔孔熱敏電阻外形形MF12型NTC熱敏敏電阻聚脂塑料封裝裝