1、何謂熱電阻
熱電阻(http://m.prosperiteweb.com/product/list_80.html)是指利用金屬或金屬氧化物其電阻值更具溫度變化而發(fā)生改變的特性，通過(guò)測(cè)量電阻從而測(cè)量溫度的一種傳感器，它也被稱(chēng)為RTD（Resistance Temperature Detector）。使用的金屬一般采用特性穩(wěn)定且較易獲取的鉑（Pt100）。它已列入JIS-C1604標(biāo)準(zhǔn)。因此，也為各熱電阻制造商間通用。現(xiàn)在，熱電阻和熱電偶一樣是最為常見(jiàn)的一種溫度傳感器。
2、熱電阻的特點(diǎn)
熱電阻用來(lái)對(duì)溫度做出高精度測(cè)量。
■ 可高精度測(cè)量溫度
■ 可測(cè)量低溫度
這是熱電阻兩大優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，它又是一種不適合測(cè)量高溫的傳感器。一般來(lái)講熱電阻用來(lái)測(cè)量300℃以下的溫度，而熱電偶則用來(lái)測(cè)量工業(yè)爐等的高溫溫度。
3、熱電阻的原理
熱電阻元件的電阻值根據(jù)溫度變化會(huì)產(chǎn)生一定比例的變化，讓一定電流通過(guò)電阻元件，并使用測(cè)量器測(cè)量電阻元件兩端的電壓，然后按照歐姆定律U=I×R計(jì)算出電阻值，從而推到出溫度大小。
【參考】Pt100分度表
第二章 熱電阻的選擇
1、按照電阻元件進(jìn)行選擇
測(cè)溫電阻體可大致分為以下四類(lèi)：
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測(cè)溫類(lèi)型 |
限定范圍 |
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鉑熱電阻 |
-200～660℃ |
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銅熱電阻 |
-50～150℃ |
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鎳熱電阻 |
-50～300℃ |
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鎳鈷熱電阻 |
-272～27℃ |
下面描述各種測(cè)溫電阻體的特征
【Pt100鉑熱電阻】
由于Pt100溫度影響下的電阻值變化較大，且穩(wěn)定性和精度較高，因而被廣泛用于工業(yè)測(cè)量。
鉑電阻大致可分為以下三類(lèi)
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分度號(hào) |
0℃時(shí)的電阻值 |
電阻比率=100℃時(shí)電阻值/0℃時(shí)電阻值 |
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Pt100 |
100Ω |
1.3851 |
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Pt10 |
10Ω |
1.3851 |
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JPt100 |
100Ω |
1.3916 |
Pt100使用得最廣泛。雖然IEC標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)Pt10做出了規(guī)定，Pt10被添加到JIS標(biāo)準(zhǔn)中，但實(shí)際上幾乎不被使用。
1989年以前，JPt100在JIS標(biāo)準(zhǔn)上的名稱(chēng)為舊Pt100。1989年對(duì)JIS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修正，當(dāng)時(shí)按照IEC標(biāo)準(zhǔn)制定新Pt100（如今的Pt100），將舊Pt100改為JPt100這一符號(hào)后繼續(xù)沿用（為了避免市場(chǎng)混亂），19971年修正JIS時(shí)將其廢止。
【銅熱電阻】
溫度特性偏差小，價(jià)格便宜。但是，由于其電阻率（固有電阻）較小，體積上無(wú)法實(shí)現(xiàn)小型化。此外，由于在高溫下容易氧化，它的使用上限溫度為+180。
【鎳熱電阻】
每1的電阻值變化較大，價(jià)格低廉。
但是，鎳熱電阻在+300左右存在臨界點(diǎn)，因而其使用上限溫度較低。
【鉑鈷熱電阻】
鎳鈷熱電阻是一種將鉑鈷合金用于電阻元件的傳感器，用來(lái)測(cè)量極低溫度
2、按照熱電阻精度進(jìn)行選擇
JIS標(biāo)準(zhǔn)中已規(guī)定將測(cè)溫?zé)犭娮璧木茸鳛椤跋鄬?duì)于測(cè)量溫度計(jì)的允許誤差”
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精度等級(jí) |
允許誤差 |
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A級(jí) |
±（0.15+0.002|t|）℃ 說(shuō)明：|t|為測(cè)量溫度的絕對(duì)值 |
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B級(jí) |
±（0.3+0.005|t|）℃ 說(shuō)明：|t|為測(cè)量溫度的絕對(duì)值 |
3、按照熱電阻內(nèi)部導(dǎo)線的連線方式進(jìn)行選擇
熱電阻內(nèi)部導(dǎo)線的連線方式有2線制、3線制和4線制三種。
【兩線制熱電阻】
它是一種在電阻元件兩端各連結(jié)1根導(dǎo)線的連結(jié)方式。價(jià)格低廉，但由于是將導(dǎo)線原封不動(dòng)地作為電阻值進(jìn)行計(jì)算，需要預(yù)先調(diào)節(jié)導(dǎo)線電阻值進(jìn)行修正。因此這種連線方式不實(shí)用。
【三線制熱電阻】
它是最常見(jiàn)的連線方式，它是一種在電阻元件氣筒一端連接2根導(dǎo)線，在另一端連接1根導(dǎo)線的連接方式。其特點(diǎn)是，當(dāng)3根導(dǎo)線的長(zhǎng)度、材質(zhì)、線徑以及電阻相同時(shí)，可以不受導(dǎo)線電阻的影響。
【四線制熱電阻】
它是一種在電阻元件兩端各連接2根導(dǎo)線的連線方式。價(jià)格高昂，但從測(cè)量原理上來(lái)說(shuō)可以完全不受導(dǎo)線電阻的影響。
補(bǔ)充知識(shí) 為什么3線制熱電阻不受導(dǎo)線電阻的影響？
如圖所示，3線制熱電阻的電阻元件一端連接2根導(dǎo)線，另一端連接1根導(dǎo)線。將電阻元件的電阻值設(shè)定為R，將3根導(dǎo)線電阻設(shè)為R1、R2、R3（R1=R2=R3），規(guī)定電流的流向?yàn)锳BC。（由于B和C為同電位，因不會(huì)流向R2）。
連線到3線制熱電阻體的顯示儀表，此時(shí)會(huì)測(cè)量AB間電壓和BC間電壓，然后將兩者的差額計(jì)算為測(cè)量值。
由于流動(dòng)的電流值為固定不變，如果流經(jīng)各電阻的電壓設(shè)定為：R:V
R1、R3：V1時(shí)
則（BC間電壓）-（AB間電壓）=（V+V1）-V1=V
所以說(shuō)3線制熱電阻可以不受導(dǎo)線電阻的影響。
4、按照熱電阻構(gòu)造進(jìn)行選則
【裝配式熱電阻】
將內(nèi)部導(dǎo)線連接到電阻元件并放入保護(hù)管，按照端子后進(jìn)行使用，這是裝配式熱電阻最基本的結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是可以選擇不同按照形式和不同材質(zhì)保護(hù)管，可以適用于一般環(huán)境或耐腐蝕環(huán)境測(cè)溫，此外價(jià)格低廉，使用方便。但是和鎧裝熱電阻相比較，也具有體積較大、響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)。
【鎧裝熱電阻】
鎧裝熱電阻是在金屬細(xì)管（鎧裝）、內(nèi)部導(dǎo)線和電阻元件之間填充高純度MgO（氧化鎂），然后進(jìn)行一體化加工。鎧裝熱電阻體型細(xì)長(zhǎng)，鎧裝內(nèi)不存在空氣層，響應(yīng)迅速是其最大優(yōu)點(diǎn)。此外，他的好處還在于可以自由彎曲形狀，縮細(xì)外徑。
補(bǔ)充知識(shí) 什么是“雙支元件”？
測(cè)溫?zé)犭娮璧碾娮柙糠钟袝r(shí)也成為元件。
通常，一個(gè)測(cè)溫?zé)犭娮璧膬?nèi)部只存在1個(gè)電阻元件，我們將它成為單元件。
■ 希望提高對(duì)于內(nèi)部導(dǎo)線斷線等故障的可靠性時(shí)
■ 用于希望在多個(gè)設(shè)備（比如記和溫控儀錄儀等）上顯示相同測(cè)量值并進(jìn)行記錄時(shí)。
第三章 熱電阻使用注意事項(xiàng)
1、注意內(nèi)部導(dǎo)線導(dǎo)致的誤差
測(cè)溫?zé)犭娮杈_測(cè)量?jī)?nèi)部電阻元件的電阻值，從而計(jì)算出溫度。因此，需盡可能避免導(dǎo)線電阻帶來(lái)的影響。無(wú)論3線制或4線制接線方式，必須確保導(dǎo)線的材質(zhì)、外徑、長(zhǎng)度以及電阻值相同，并且不存在溫度梯度。
補(bǔ)充知識(shí) 熱電阻可以延長(zhǎng)嗎？
可以。使用測(cè)溫?zé)犭娮鑼?zhuān)用連接導(dǎo)線。
需要使用長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)，為了避免產(chǎn)生誤差，請(qǐng)確認(rèn)導(dǎo)線每1米的電阻值。
請(qǐng)?jiān)谟涗泝x的輸入信號(hào)源電阻的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。
2、注意熱電阻插入深度導(dǎo)致的誤差
如果測(cè)溫?zé)犭娮璧臏y(cè)溫部分未設(shè)定成語(yǔ)測(cè)溫對(duì)象同等的溫度，則無(wú)法取得正確溫度。
無(wú)論是裝配式熱電阻還是鎧裝熱電阻，插入深度請(qǐng)控制在約為外徑的15到20倍的程度。
3、注意自我加熱導(dǎo)致的誤差
使用測(cè)溫?zé)犭娮钑r(shí)，會(huì)在測(cè)溫?zé)犭娮枭狭魍ㄒ?guī)定電流以獲取溫度，此時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱會(huì)導(dǎo)致測(cè)溫?zé)犭娮枳陨砑訜?。我們稱(chēng)其為“自我加熱”。自我加熱與規(guī)定電流值的2乘方成比例（同時(shí)也依賴(lài)于熱電阻的構(gòu)造和環(huán)境），比例較大則會(huì)導(dǎo)致精度上的誤差。JIS標(biāo)準(zhǔn)中將0.5mA、1mA、2mA列為規(guī)定電流，一般來(lái)說(shuō)熱電阻會(huì)符合任一規(guī)定電流以保證精度，因此只要是規(guī)格中記載的規(guī)定電流就無(wú)需擔(dān)心自我加熱。
4、注意熱電阻的規(guī)定電流
熱電阻的規(guī)定電流由規(guī)格決定。
請(qǐng)勿流通規(guī)格中所記載的規(guī)定電流值之外的電流值。
如果流通不同的電流值，有可能產(chǎn)生系列問(wèn)題：
①發(fā)熱量變化導(dǎo)致測(cè)量誤差。
②規(guī)定電流值變化導(dǎo)致測(cè)量電壓值隨之變化，顯示錯(cuò)誤溫度。
5、1支熱電阻不能同兩臺(tái)儀表并聯(lián)
將1根熱電阻并聯(lián)到多臺(tái)顯示儀表時(shí)，請(qǐng)使用雙元件類(lèi)型。
使用單元件類(lèi)型時(shí)，請(qǐng)務(wù)必在每臺(tái)儀表上準(zhǔn)備1根熱電阻。
并聯(lián)時(shí)的問(wèn)題是什么？
顯示儀表在熱電阻上流通規(guī)定電流，測(cè)量電阻兩端產(chǎn)生的電壓。
并聯(lián)連線時(shí)，從2臺(tái)顯示儀表上提供規(guī)定電流，因而無(wú)法獲得正確的電壓值。所以1支熱電阻不同并聯(lián)到兩臺(tái)儀表
6、注意連接至顯示儀表的導(dǎo)線連接位置
請(qǐng)對(duì)顯示儀表進(jìn)行正確連線。如果連線錯(cuò)誤，則顯示錯(cuò)誤溫度。
下圖顯示了將三線制熱電偶連接至顯示儀表的連線方法。
參考 2線制熱電阻連接到測(cè)量顯示儀表（顯示儀表為3線制輸入接法）的連線方法
參考 3線制熱電阻連接到測(cè)量顯示儀表（顯示儀表為3線制輸入接法）的連線方法
參考 4線制熱電阻連接到測(cè)量顯示儀表（顯示儀表為3線制輸入接法）的連線方法
《溫度測(cè)量的精髓之熱電阻測(cè)量篇》由昌暉儀表編寫(xiě)，文章內(nèi)容發(fā)布前經(jīng)云南昌暉儀表制造有限公司研究和評(píng)審，內(nèi)容有變更，恕不另行通知。
