熱電偶使用說(shuō)明（2熱電阻)

2、熱電阻概述

2.1熱電阻的工作原理
    電阻是物體最基本的物理特性之一。利用金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的變化而變化的原理，通過測(cè)量導(dǎo)體的電阻值來(lái)間接獲得溫度值的溫度計(jì)稱為熱電阻溫度計(jì)。溫度每變化1℃時(shí)的電阻值的相對(duì)變化量叫電阻溫度系數(shù)，用α表示。熱電阻的感溫元件是用細(xì)金屬絲均勻地纏繞在絕緣材料制成的骨架上而形成，所以測(cè)得的溫度是感溫元件整體所處位置的平均溫度。根據(jù)熱電阻元件的材質(zhì)分為鉑電阻和銅電阻等等。

2.1.1鉑電阻
    鉑是制作熱電阻最理想的材料，其物理化學(xué)性能非常穩(wěn)定，尤其抗氧化能力很強(qiáng)，電阻率大，工藝性好。經(jīng)過精心制造的鉑電阻具有很高的示值復(fù)現(xiàn)性（可達(dá)10-4K），優(yōu)于其它所有溫度計(jì)，鉑電阻的電阻溫度特性曲線可用下式表達(dá)：
當(dāng)t在0—850℃時(shí)：    Rt=Ro（1+At+Bt2）
當(dāng)t在-200—0℃時(shí)：   Rt=Ro[1+At+Bt2+C（t-100）t3]
Rt、Ro分別為t℃和0℃的電阻值，A=3.90802x10-3，B=-5.80195x10-7，C=-4.27350x10-12。

2.1.2 銅電阻
    銅也是制作熱電阻較理想的材料，成本低、容易提純、具有較高的電阻溫度系數(shù)、復(fù)現(xiàn)性好、容易加工成絕緣的銅絲，銅電阻在-50—150℃范圍內(nèi)的電阻溫度特性幾乎是線性的，所以用來(lái)測(cè)量-50—150℃范圍內(nèi)的溫度很有優(yōu)勢(shì)。銅電阻的電阻溫度特性可用下式表達(dá)：
Rt=Ro（1+αt）
2.2       熱電阻與熱電偶的特性比較

2.3  鎧裝熱電阻的特點(diǎn)
    鎧裝熱電阻是在裝配熱電阻的基礎(chǔ)上借鑒鎧裝熱電偶的制造技術(shù)發(fā)展起來(lái)的熱電阻新品種，相對(duì)于裝配熱電阻具有直徑小、能彎曲、熱響應(yīng)時(shí)間快，安裝使用方便等特點(diǎn)。由于熱電阻沒有耐高溫腐蝕的要求，用不銹鋼作保護(hù)管的鎧裝熱電阻可以完全代替原裝配熱電阻，適合批量生產(chǎn)，成本低，而且更耐震動(dòng)、密封性好、使用壽命長(zhǎng)。近年來(lái)越來(lái)越多的廠家采用鎧裝熱電阻作為裝配熱電阻的芯子來(lái)改造傳統(tǒng)的裝配熱電阻。隨著技術(shù)的發(fā)展和人們使用觀念的進(jìn)步，裝配熱電阻最終將被鎧裝熱電阻完全取代。
    鎧裝熱電阻的制造，首先是將熱電阻引線（一般為純鎳絲）穿入氧化鎂絕緣材料中，再一同穿入不銹鋼保護(hù)管中，經(jīng)過多次拉拔縮徑退火而形成鎧裝熱電阻引線（相當(dāng)于鎧裝熱電偶材料）；然后將熱電阻感溫元件與已經(jīng)下料成需要長(zhǎng)度并剝出引線頭的鎧裝熱電阻引線對(duì)接焊接；最后與制作鎧裝熱電偶的方法類似完成測(cè)量端、接線端和安裝裝置的制作。由于鎧裝熱電阻引線電阻率較大，所以沒有兩線制引線，一般為三線制引線，四線制需要特別注明。鎧裝銅電阻由于測(cè)溫較低，可用有機(jī)材料絕緣代替無(wú)機(jī)氧化鎂絕緣，制作工藝與鎧裝鉑電阻可以不同。

2.4  熱電阻的結(jié)構(gòu)與分類
    與熱電偶分類一樣，熱電阻按照結(jié)構(gòu)分為裝配熱電阻、鎧裝熱電阻兩類；按測(cè)溫元件鉑電阻、銅電阻，以及非標(biāo)準(zhǔn)化的鐵電阻、鎳電阻、銦電阻、錳電阻、碳電阻等；按分度號(hào)分為Pt100、Pt10、Cu50、Cu100，以及Pt1000、Pt800、Pt500等標(biāo)稱電阻很大分辨率很高的鉑電阻；根據(jù)用途分為標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻、耐腐蝕熱電阻、耐磨熱電阻、端面熱電阻、電機(jī)專用熱電阻等等。

    熱電阻的結(jié)構(gòu)仍然用“兩端五部”來(lái)概括。
    從熱電阻的測(cè)溫原理可知，構(gòu)成最基本的熱電阻除了熱電阻元件及引線外，仍然有測(cè)量端和參比端，也稱“熱端”和“冷端”，這就是所謂的“兩端”。熱電阻的測(cè)量端都是絕緣型。熱電阻的構(gòu)成仍然分五部分，熱電阻元件及引線是構(gòu)成熱電阻的核心部分（即第一部分測(cè)溫元件），其它部分都是圍繞它展開；為了保證回路中電阻信號(hào)不損失，以準(zhǔn)確傳遞被測(cè)溫度信號(hào)，必須用絕緣材料使熱電阻元件兩引線之間，及其與外界之間有可靠的絕緣（即第二部分絕緣材料）；為了保護(hù)絕緣材料和熱電阻元件及引線，以延長(zhǎng)熱電阻的使用壽命，同樣設(shè)計(jì)有第三部分保護(hù)套管；為了安裝接線使用方便，適應(yīng)各種使用場(chǎng)合，同樣設(shè)計(jì)有第四部分接線裝置和第五部分安裝固定裝置。這些就是所謂的“五部”。最基本的熱電阻沒有保護(hù)套管和安裝固定裝置（即熱電阻芯）。可見，熱電阻的結(jié)構(gòu)除測(cè)溫元件不同以外，其余與熱電偶基本一致。

2.5熱電阻的測(cè)溫精度
    測(cè)溫精度又稱允許偏差或“允差”，指具體某支熱電阻的電阻溫度特性與該類熱電阻的標(biāo)準(zhǔn)分度表的符合程度。與熱電偶一樣，從理論上講沒有材質(zhì)、組織結(jié)構(gòu)、加工狀態(tài)完全相同的兩支熱電阻，所以任何一支熱電阻都與標(biāo)準(zhǔn)分度表有偏差，任何一支熱電阻的兩次測(cè)試結(jié)果也不一致，都只能在一定程度上符合標(biāo)準(zhǔn)分度表。根據(jù)符合程度或偏差的大小把熱電阻分為A、B級(jí)，詳見下表：

2.6熱電阻的穩(wěn)定性

2.7熱電阻的引線制式
    熱電阻測(cè)量的溫度是指測(cè)量端部分的熱電阻元件所感應(yīng)到的溫度，溫度的高低決定了元件電阻大小，但測(cè)量元件輸出的電阻值包含了引線的電阻，所以引線電阻的大小和穩(wěn)定以及處理方法直接決定了熱電阻的測(cè)溫精度。從熱電阻的分度特性中已知，鉑電阻的平均每度電阻變化率是0.385Ω/℃，銅電阻的平均每度電阻變化率是0.428Ω/℃；引線電阻不得使熱電阻超出了其測(cè)溫的允許偏差，兩線制引線電阻不得大于0.1Ω，否則就需做技術(shù)處理以扣除引線電阻。引線電阻包含熱電阻產(chǎn)品的引線電阻（叫內(nèi)引線電阻）和熱電阻產(chǎn)品至顯示儀表之間的引線電阻（叫外引線電阻）兩部分。引線方法分以下三種：

    兩線制：熱電阻產(chǎn)品只給出兩根引線，測(cè)量電阻包含了引線電阻，一般引線電阻不得大于0.1Ω。兩線制引線方法測(cè)量誤差大，一般用于引線不長(zhǎng)、測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合。兩線制僅指熱電阻產(chǎn)品的內(nèi)引線采用兩根引線，用戶安裝的外引線必須用三根引線。

    三線制：熱電阻產(chǎn)品給出了三根引線，如果三根引線的電阻相等，就可以消除引線電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，內(nèi)引線和外引線都采用三根引線，這是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的接線方式。
如下圖所示，只要三根引線的電阻相等（即R1=R2=R3），那么測(cè)溫元件電阻R0就與引線電阻的大小無(wú)關(guān)并可表達(dá)為：
R0 = RAC – RAB

    四線制：熱電阻產(chǎn)品給出了四根引線，這中方法可以完全消除引線電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，測(cè)量精度高，一般只適用于精密測(cè)量，如標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)。
如上圖所示，不管四根引線的電阻R1、R2、R3、R4是否相等，測(cè)溫元件電阻R0都與引線電阻的大小無(wú)關(guān)并可用下式表達(dá)：
R0 =（RAD + RBC - RAB – RCD）/2
根據(jù)上述公式，溫度顯示儀表可自動(dòng)進(jìn)行加減乘除運(yùn)算，以準(zhǔn)確顯示被測(cè)溫度。