熱電阻選型時需要注意哪些基本要素

我們都知道，電阻值與材料、長度、橫截面積有關。當然溫度也是一個不可或缺的因素。溫度對于電阻的影響：

碳硅棒的溫度曲線

CsxFe2Se2單晶在不同壓力下的電阻隨溫度變化曲線

鉑電阻（PT100）的溫度曲線

利用溫度變化帶來電阻變化進行溫度測量的溫度計被稱為熱電阻。這類溫度計結構簡單，使用方便，性能穩定，測量的準確度和靈敏度高，而且便于信號的遠傳、自動記錄和集中控制。通常適用于-200~500℃之間的溫度測量，有些情況下，可以測量更高或更低的溫度。

常見熱電阻結構

熱電阻，不是熱電偶

熱電阻與熱電偶名稱相近，都用于溫度測量，但這兩種溫度儀表有著本質的不同：

1.隨溫度變化，熱電阻改變自身的電阻值，而熱電偶是產生感應電壓的變化；

2.熱電阻是單一金屬/半導體材料，而熱電偶是雙金屬/半導體材料；

3.測量溫度范圍不同：相比較而言，熱電阻適合低溫測量，而熱電偶適合高溫測量；

4.接線方式不同：熱電偶有正負極，而熱電阻沒有。

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不同的熱電阻材料

熱電阻對制作材料有如下要求：

1.電阻溫度系數要大。電阻的溫度系數定義為溫度每升高1開爾文時的電阻相對變化量，電阻溫度系數越大，溫度計的靈敏度越高，測量結果越準確。

2.較大的電阻率。電阻率越大，熱電阻的體積就越小，熱容量和熱慣性也越小，對溫度變化的響應就越快。

3.在測溫范圍內，化學及物理性能穩定。

4.電阻值與溫度的關系近似線性。

5.復現性好。

目前的熱電阻根據材料，可分為金屬熱電阻和半導體熱電阻（即熱敏電阻）。其中金屬熱電阻主要為鉑和銅。工業中熱電阻常見的型號有Pt100、Pt10、Cu50、Cu100等。其中，由于Pt100優秀的性能，這種熱電阻已經成為工業中最常見的熱電阻。

熱電阻型號通常是材料+0℃時的電阻值，比如Pt100是鉑電阻，在0℃時阻值為100歐姆的熱電阻。

精度等級

銅熱電阻的允許誤差為±（0.30+0.006|t|）；

鉑熱電阻根據精度不同，允許誤差也不相同。

根據國標GB/T 30121-2013《工業鉑電阻及鉑電阻感溫元件》，鉑電阻的允差登記被分為：

1. C級，±（0.60+0.01|t|）；

2. B級，±（0.30+0.005|t|）；

3. A級，±（0.15+0.002|t|）；

4. AA級，±（0.1+0.0017|t|）；

另有鉑電阻生產企業聲稱可以生產3A甚至5A級鉑電阻，這些基本是以B級鉑電阻的精度為基準設定的。

注：|t|為溫度絕對值。

絕緣骨架材料

不同絕緣骨架材料應對的使用溫度，以及特點不盡相同：

1.云母：適用溫度范圍-200~700℃，這種骨架抗震動性能強，響應速度快，但溫度過高將產生水解；

2.玻璃：適用溫度范圍-200~600℃，這種材料體積小，響應快，抗振性好，絕緣性能好，熱膨脹系數與鉑電阻絲材料相近；

3.陶瓷：適用溫度范圍-200~850℃，這種材料體積小，響應快，抗振性好，絕緣性能好，熱膨脹系數與鉑電阻絲材料相近，化學穩定性好，高溫下不與鉑起化學反應；

4.塑料：適用溫度范圍-50~150℃，這種材料有較好的力學性能，尺寸穩定。

低溫熱電阻

當用于測量120K以下溫度時，常用熱電阻無法使用，因此必須選用低溫熱電阻。低溫熱電阻常用于對液態天然氣、液氫、液氨、超導等應用場合，因此這些熱電阻具有體積小、反應速度快、精確度高、復現性和穩定性好等特點。

1：鉑電阻電阻率與溫度關系曲線；2：鉑電阻相對靈敏度曲線

1.低溫鉑電阻：適用溫度范圍13~90K，具有靈敏度高，線性度好，性能穩定，通用性強，分度標準化等特點，但當溫度低于13K時，靈敏度顯著下降。

2.銠鐵熱電阻：適用溫度范圍0.3~20K，恰好彌補了低溫鉑電阻的不足，這種電阻的缺點是電阻絲的均勻性差。

3.鍺熱電阻：適用溫度范圍0.1~100K，屬于半導體熱電阻，在低溫下有較大的負溫度系數，靈敏度很高，熱容小，自熱小，機械強度好；缺點是磁阻效應大，互換性較差。

4.滲碳玻璃熱電阻：適用溫度范圍1.6~300K，但經常用于測量1.6~30K。這種低溫熱電阻在1.6~30K范圍內有較高的靈敏度，穩定性能也很好，制造工藝簡單，成本相對較低。

引線形式

由于一般的熱電阻阻值不大，因此熱電阻本身引線和電纜的電阻變化都會給溫度的測量結果帶來很大影響。一般是通過接線方式進行消除。

測量元件引線形式有二線制、三線制和四線制，購買熱電阻時常見產品為三線制和四線制。

二線制是指熱電阻兩端各引出一根導線，這種測量方法簡單，但是由于連接導線的電阻不能消除所以會造成測量誤差，常用于短距離要求不高的場合。

精度等級達到鉑電阻A級的熱電阻不適采用二線制接法。

三線制是在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線，這種方式通常與電橋配套使用，兩個導線分別接在電橋的兩個橋背上，另一根線接在電橋的電源上，消除了引線電阻的誤差，這種方法一般在工業中最常用。

四線制是在熱電阻的根部兩端各連接兩根導線，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流，把電阻轉換成電壓信號；另外兩根導線測量熱電阻上面的電壓，由于電壓測量儀器內阻很高，不分流，測到的電壓就完全是熱電阻兩端的電壓，電流已知，通過歐姆定律算出電阻值再轉換成溫度。這種方法測量精度高，適用于高精度測量用。

外保護套管結構形式

當工藝過程存在高壓、高流速或腐蝕性的情況，熱電阻本身的保護管不能適用于這樣的條件時，以及要求未裝儀表前工藝管道或設備為密閉系統的場合，應采用溫度計套管，以保證安全和正常操作。化工工程一般都要求溫度計配用外保護套管。

對于中、低壓介質宜選用無縫鋼管式溫度計套管；對于高壓介質場合，宜選用直形或錐形整體鉆孔管式溫度計套管；對于被測介質流速較高或要求溫度計套管有高強度的場合，應選用錐形整體鉆孔式套管；對于要求減小阻力或減小熱響應時間的場合，可選用階梯形溫度計套管。對于高壓、高流速用途的溫度計套管還要進行固有頻率、諧振頻率計算及強度分析。