1、传感器与检测技术传感器与检测技术热电阻式温度传感器热电阻式温度传感器Thermal Resistive Sensors2传感器与检测技术传感器与检测技术热电阻热电阻热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。金属热电阻的感温元件有石英套管十字骨架结构，麻花骨架结构得杆式结构等。金属热电阻常用的感温材料种类较多，最常用的是铂丝。工业测量用金属热电阻材料除铂丝外，还有铜、镍、铁、铁镍、钨、银等。薄膜热电阻是利用电子阴极溅射的方法制造，可实现工业化大批量生产。其中骨架用陶瓷，引线采用铂
2、钯合金。3传感器与检测技术传感器与检测技术金属热电阻主要特点金属热电阻主要特点热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒作为热电阻的材料要求：电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度；电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸；热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性；应有良好的可加工性，且价格便宜。使用最广泛的热电阻材料是铂和铜4传感器与检测技术传感器与检测技术5传感器与检测技术传感器与检测技术1.常用热电阻 铂热电阻主要作为标准电阻温度计，广泛应用于温度基准、标准的传递。铜热电阻测量精度要求不高且温度较低的场合，测量范围一般为501
3、50。6传感器与检测技术传感器与检测技术铂热电阻铂热电阻7传感器与检测技术传感器与检测技术C0C190C6600)100(1)1(32020ttCBtAtRBtAtRRt其中，Rt：温度为 t 时的电阻；R0：温度为 0 时的电阻；A：常数，3.940 10-2-1 B：常数，-5.84 10-7 -2C：常数，-4.22 10-12 -4 铂热电阻铂热电阻 目前最好材料目前最好材料8传感器与检测技术传感器与检测技术 长时间稳定的复现性可达10-4 K，是目前测温复现性最好的一种温度计。铂电阻的精度与铂的提纯程度有关铂电阻的精度与铂的提纯程度有关 1000(100)RWR百度电阻比百度电阻比
4、W（100）越高，表示铂丝纯度越高，）越高，表示铂丝纯度越高，国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，W（100）1.3925目前技术水平已达到目前技术水平已达到W（100）1.3930，工业用铂电阻的纯度工业用铂电阻的纯度W（100）为）为1.3871.390。9传感器与检测技术传感器与检测技术国内统一设计的工业用标准铂电阻，国内统一设计的工业用标准铂电阻，W（100）1.391，R0分为分为50和和100两种，分度号分别为两种，分度号分别为 Pt50 和和 Pt100其分度表（给出阻值和温度的关系）其分度表（给出阻值和温度的关系）10传感器与检测技术传感
5、器与检测技术11传感器与检测技术传感器与检测技术 铜热电阻铜热电阻应 用：测量精度要求不高且温度较低的场合测量范围：50150优 点：温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。缺 点：易于氧化，一般只用于150以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。12传感器与检测技术传感器与检测技术模型模型1：13传感器与检测技术传感器与检测技术模型模型2：14传感器与检测技术传感器与检测技术几种常用金属热电阻材料参数几种常用金属热电阻材料参数材料温度系数（1/）比电阻（mm2/m）温度范围（）特 性铂3.9210-
6、30.0981-200 +650近线性铜4.2510-30.0170-50 +150线性铁6.5010-30.0910-50 +150非线性铁6.6010-30.1210-50 +100非线性15传感器与检测技术传感器与检测技术16传感器与检测技术传感器与检测技术优 点（1）易提纯；（2）物理、化学特性稳定；（3）输出近线性；（4）价格低廉。缺 点（1）电阻率低；（2）体积较大，热惯性较大；（3）温度高于100易氧化。17传感器与检测技术传感器与检测技术3、其它热电阻、其它热电阻 低温、超低温低温、超低温材料温度范围优 点缺点铟电阻室温 4.3K4.2 15K，灵敏度是铂的10倍。材料软，重复
7、性差。锰电阻63 2K（-271 -210）灵敏度高材料脆，难拉成丝。碳电阻-273 -268.5液氦温域价格低廉，对磁场不敏感。热稳定差18传感器与检测技术传感器与检测技术热电阻的结构和类型热电阻的结构和类型 按其结构类型来分，热电阻有普通型、铠装型、薄膜型等。普通型热电阻由感温元件(金属电阳丝）、支架、引线、保护套管及接线盒等基本部分组成。为避免电感分量，热电阻丝 常采用双线并绕，制成无感电阻。19传感器与检测技术传感器与检测技术1、感温元件、感温元件(金属电阻丝金属电阻丝)由于铂的电阻率较大，而且相对机械强度较大，通常铂丝的直径在（0.030.07）mrn0.005mm。可单层绕制，若铂
8、丝太细、电阻体可做得小，但强度低，若铂丝粗，虽强度大，但电阻体积大了，热惰性也大，成本高。由于铜的机械强度较低，电阻丝的直径需较大，一般为0.1mm0.005mm的漆包铜线或丝包线分层绕在骨架上，并涂卜绝缘漆而成。由于 铜电阻的温度低，故可以重叠多层绕制，一般多用双绕法，即两根丝平行绕制，在末端把两个头焊接起来，这样工作电流从一根热电阻丝进人，从另根热电阻丝反向出来，形成两 个电流力向相反的线圈，其磁场方向相反，产生的电感就互相抵消，故又称无感绕法。这种双绕法也有利于引线的引出。20传感器与检测技术传感器与检测技术2 2、骨架、骨架热电阻是绕制在骨架上的，骨架是用来支持和固定电阻丝的。骨架应使
9、用电绝缘性能好、高混下机械强度高，体膨胀系数小、物理化学性能稳定、对热电阻无污染的材料制造，常用的是云母、石英、陶瓷、玻璃及塑料等。21传感器与检测技术传感器与检测技术3 3、引线、引线引线的直径应当比热电阻丝大几倍，尽量减少引线的电阻，增加引线的机械强度和连接的可靠性，对于工业用的铂热电阻，一般采用lmm的银丝作为引线；对于标准的铂热电阻 可采用0.3 rnrn的铂丝作为引线；对于铜热电阻则常用0.5mm的铜线。在骨架上绕制好热电阻丝,并焊好引线之后，在其外面加上云母片进行保护。在装人外保护套管，并和接线盒或外部导线相连接，即得到热电阻传感器。22传感器与检测技术传感器与检测技术热电阻热电阻
10、目前有生产薄膜型热电阻，它是利用真空镀膜法或糊浆印刷烧结法使金属薄膜附着在耐高温基底上。其尺寸可以小到几平方毫米，可将其粘贴在被测高温物体上，测量局部温 度，具有热窬一小，反应快的特点。国内统一设计的工业用铂热电阻在0时的阻值有25、100等几种。分度号分别用Pt25、Pt100等表示。薄膜型铂热电阻有100、1000等数种。同样，铜热电阻在0时的 阻值为50、100两种，分度号用Cu50,Cu100表示23传感器与检测技术传感器与检测技术普通型热电阻温度传感器普通型热电阻温度传感器工业常用热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点。从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来
11、测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响一般采用三线制或四线制。24传感器与检测技术传感器与检测技术铠装热电阻温度传感器铠装热电阻温度传感器铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为28mm，最小可达1mm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；机械性能好、耐振，抗冲击；能弯曲，便于安装使用寿命长。25传感器与检测技术传感器与检测技术端面热电阻温度传感器端面热电阻温度传感器端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相
12、比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。26传感器与检测技术传感器与检测技术隔爆型热电阻温度传感器隔爆型热电阻温度传感器隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于BlaB3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。27传感器与检测技术传感器与检测技术三、热电阻传感器的测量电路三、热电阻传感器的测量电路28传感器与检测技术传感器与检测技术29传感器与检测技术传感器与检测技术12abwtRRRRrr12()btwaRRRrrR电桥平衡时：若保证 Ra=Rb，
13、则有：12()twRRrr可见 r1，r2 对测量结果的影响较大30传感器与检测技术传感器与检测技术1、三线制、三线制31传感器与检测技术传感器与检测技术电桥平衡时：12abwtRRrRRr12()bwatwaaRR rR rRRRR若保证 Ra=Rb，则有：12watwaR rR rRRRr1，r2 的影响有了一定的减小32传感器与检测技术传感器与检测技术33传感器与检测技术传感器与检测技术电桥平衡时：31abtwRRRrRr13aatwbbRRRRrrRR若保证 Ra=Rb，则有：13twRRrrr1，r3 的影响减小得更小。34传感器与检测技术传感器与检测技术IURtSEtRIIrrrr
14、2、四线制、四线制35传感器与检测技术传感器与检测技术36传感器与检测技术传感器与检测技术四、热电阻应用举例四、热电阻应用举例例例1 1：测量真空度：测量真空度I恒温容器恒温容器被测介质被测介质玻璃管玻璃管铂电阻丝铂电阻丝tRT平衡导热系数真空度Pa310测量真空度：tRT平衡37传感器与检测技术传感器与检测技术金属丝热电阻作为气体传感器的应用金属丝热电阻作为气体传感器的应用 1连通玻璃管连通玻璃管2流通玻璃管流通玻璃管3铂丝铂丝（a）真空度测量方法对环境温度变化比较敏感，）真空度测量方法对环境温度变化比较敏感，实际应用中有恒温或温度补偿装置。可测到实际应用中有恒温或温度补偿装置。可测到133
15、.32210-5Pa。（b）可检测管内气体介质成分比例变化、热风流速变）可检测管内气体介质成分比例变化、热风流速变化化38传感器与检测技术传感器与检测技术热电阻接线盒问题热电阻接线盒问题 热电阻可以用来测量各种液体、气体、固体表面的温度，为了让它发挥更好的效果，在应用时必须选对接线盒：1.热电阻防水接线盒：使用于潮湿或露天的场 所，是热电阻出厂时的标准配置。2.热电阻防爆接线盒：使用于易燃易爆场所，防爆热电阻(防爆铂电阻或防爆铜电阻)出厂标准配置。3.热电阻塑料接线盒：使用于有强腐蚀的场所，是防腐铂电阻出厂标准配置。39传感器与检测技术传感器与检测技术热电阻接线盒问题热电阻接线盒问题4.热电阻
16、不锈钢接线盒：这是一种高成本的温度传感器接线盒，外观精致，通常使用于防腐蚀或易燃易爆场所。5.一体化温度变送器专用接线盒：使用于带有温度变送器的热电阻一体化温度变送器。6.热电阻仿进口接线盒：仿制国外进口产品外形时使用40传感器与检测技术传感器与检测技术安装要求安装要求1、为了使热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热交换，应合理选择测点位置，尽量避免在阀门，弯头及管道和设备的死角附近装设热电阻。2、带有保护套管的热电阻有传热和散热损失，为了减少测量误差，热电偶和热电阻应该有足够的插入深度：(1)对于测量管道中心流体温度的热电阻，一般都应将其测量端插入到管道中心处(垂直安装或倾斜安装)。如被测流体的管道直径是200毫米，那热电阻插入深度应选择100毫米；(2)对于高温高压和高速流体的温度测量(如主蒸汽温度)，为了减小保护套对流体的阻力和防止保护套在流体作用下41传感器与检测技术传感器与检测技术安装要求安装要求发生断裂，可采取保护管浅插方式或采用热套式热电阻。浅插式的热电阻保护套管，其插入主蒸汽管道的深度应不小于75mm；热套式热电阻的标准插入深度为100mm。(3)假如需要测量是烟道内烟气的温度，尽管烟道直径为4m，热电阻插入深度1 m即可。(4)当测量原件插入深度超过1m时，应尽可能垂直安装,或加装支撑架和保护套管。
