熱電阻傳感器定義

 

熱電阻傳感器是利用轉(zhuǎn)換元件電磁參量隨溫度變化的特性，對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測(cè)的裝置。

將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的稱為熱電阻傳感器；

將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢(shì)變化的稱為熱電偶傳感器。

熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。 

熱電阻分類

按材料分，熱電阻傳感器可分為金屬熱電阻式和半導(dǎo)體熱電阻式兩大類，前者簡(jiǎn)稱熱電阻，后者簡(jiǎn)稱熱敏電阻。

按結(jié)構(gòu)分，普通型熱電阻、鍇裝熱電阻、薄膜熱電阻

按用途分，工業(yè)用熱電阻、精密標(biāo)準(zhǔn)電阻

 

工作原理

 

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，我們稱其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢(shì)相同。

 

一、金屬熱電阻及其特性

 

熱電阻測(cè)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(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。 

1、銅電阻

銅在-50～150℃范圍內(nèi)銅電阻化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，輸出－輸入特性接近線性，價(jià)格低廉。�� 

銅電阻阻值與溫度變化之間的關(guān)系：

式中A、B、C¡ª常量

當(dāng)溫度高于100℃時(shí)易被氧化，因此適用于溫度較低和沒有浸蝕性的介質(zhì)中工作。 

2、其他熱電阻傳感器

鎳使用溫度范圍是-50～100℃和-50～150℃。但目前應(yīng)用較少：鎳非線性嚴(yán)重，材料提取也困難。但靈敏度都較高，穩(wěn)定性好，在自動(dòng)恒溫和溫度補(bǔ)償方面的應(yīng)用較多。（我國(guó)定為標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻）

銦電阻適宜在-269～-258℃溫度范圍內(nèi)使用，測(cè)溫精度高，靈敏度是鉑電阻的10倍，但是復(fù)現(xiàn)性差。

錳電阻適宜在-271～-210℃溫度范圍內(nèi)使用，靈敏度高，但是質(zhì)脆易損壞。 

碳電阻適宜在-273～-268.5℃溫度范圍內(nèi)使用，熱容量小，靈敏度高，價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)便，但是熱穩(wěn)定性較差。

 

下面是關(guān)于熱電阻的結(jié)構(gòu)、類型的簡(jiǎn)單了解

 

熱電阻的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般將電阻絲統(tǒng)在云母、石英、陶瓷、塑料等絕緣骨架上，經(jīng)過固定，外面再加上保護(hù)套管。但骨架性能的好壞，影響其測(cè)量精度、體積大小和使用壽命。 

鎧裝式鉑電阻比裝配式鉑電阻直徑小，易彎曲，抗震性好，適宜安裝在裝配式鉑電阻無(wú)法安裝的場(chǎng)合。

鎧裝式鉑電阻外保護(hù)套管采用不銹鋼，內(nèi)充滿高密度氧化物絕緣體，因此，它具有很強(qiáng)的抗污染性能和優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，適合安裝在環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。

可直接用銅導(dǎo)線和二次儀表相連接使用。由于它具有良好的電輸出特性，可為顯示儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器、掃描器、數(shù)據(jù)記錄儀以及計(jì)算機(jī)提供準(zhǔn)確的溫度變化信號(hào)。

薄膜鉑熱電阻元件，把金屬鉑研制成粉漿，采用先進(jìn)的激光噴濺薄膜技術(shù)，及光刻法和干燥蝕刻法把鉑附著在陶瓷基片上形成膜，引線經(jīng)過激光調(diào)阻制成。鉑金屬的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、可重復(fù)操作性、快速響應(yīng)及較寬的工作溫度范圍等特性使其能夠適合多種應(yīng)用。

 

二、測(cè)量電路及應(yīng)用

 

1、三線橋接法

電橋在零位調(diào)整時(shí)，應(yīng)使R4＝Ra＋Rt0為電阻在參考溫度（如0℃）時(shí)的電阻值。三線連接法的缺點(diǎn)之一是可調(diào)電阻的接觸電阻和電橋臂的電阻相連，可能導(dǎo)致電橋的零點(diǎn)不穩(wěn)。 

圖所示為四線連接法，調(diào)零的Rp電位器的接觸電阻和指示電表串聯(lián)，接觸電阻的不穩(wěn)定不會(huì)破壞電橋的平衡和正常工作狀態(tài)。

學(xué)習(xí)查“鉑熱電阻分度表”

附錄鉑熱電阻分度表p373

 

三、熱電阻的應(yīng)用

 

1、熱電阻溫度計(jì)

通常工業(yè)上用于測(cè)溫是采用鉑電阻和銅電阻作為敏感元件，測(cè)量電路用得較多的是電橋電路。為了克服環(huán)境溫度的影響常采用圖所示的三導(dǎo)線四分之一電橋電路。由于采用這種電路，熱電阻的兩根引線的電阻值被分配在兩個(gè)相鄰的橋臂中，如果，則由于環(huán)境溫度變化引起的引線電阻值變化造成的誤差被相互抵消。

2、熱電阻式流量計(jì)

熱電阻流量計(jì)的電原理圖。兩個(gè)鉑電阻探頭Rt1、Rt2，Rt1放在管道中央，它的散熱情況受介質(zhì)流速的影響。Rt2放在溫度與流體相同，但不受介質(zhì)流速影，響的小室中。當(dāng)介質(zhì)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，流量計(jì)沒有指示。當(dāng)介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，由于介質(zhì)流動(dòng)帶走熱量，溫度的變化引起阻值變化，電橋失去平衡而有輸出，電流計(jì)指示直接反映了流量的大小。