熱電阻和熱電偶作為工業用溫度傳感器被廣泛應用。熱電阻由極細的金屬線構成，主要使用鉑、銅和鎳等材料。符合JIS标準的熱電阻隻能由鉑制成。

熱電阻的特征

不能進行650℃以上的高溫測量。

測量靈敏度約為熱電偶的10倍。

能夠長期穩定測量。

機械強度低。

響應慢，微小或狹窄處不易測量。

測量電流通過時産生熱量。

抗幹擾性強。

導線電阻會導緻測量誤差。

熱電阻的類型

JIS标準規定了PT100Ω(在0℃)的溫度電阻值。鉑、銅、鎳以及熱敏電阻的溫度和電阻率特性的關系如下圖所示。在此，電阻率是指在任意測量溫度下的電阻值Rt和在0℃下的電阻值Ro的比值。

各種金屬的溫度和電阻率的關系

如圖所示，熱電阻的元件形狀有3種，目前陶瓷封裝型占主導地位。陶瓷封裝型用于帶保護管的熱電阻以及铠裝熱電阻。陶瓷與玻璃封裝型的鉑線裸線直徑為幾十微米左右，雲母闆型的約為0.05mm。引線則使用比元件線粗很多的鉑合金線。

熱電阻元件的種類

帶保護管的熱電阻圖例

铠裝熱電阻

熱電阻中通過一定的電流，用熱電阻兩端的電壓值除以這個電流值就可以求得熱電阻的電阻值，然後将其換算成溫度。與熱電偶溫度傳感器的本質區别不同，熱電阻的溫度檢測部分必須有電流通過。在JIS标準(日本工業标準)中對這個電流值作出了規定，分别有0.5mA、1mA和2mA三種。電流值超過容許電流時會導緻自身加熱，從而容易産生測量誤差。相反，如果電流過小，則産生的電壓變低，測量就會變得很困難。所以，一般情況下使用2mA，高精度測量時使用0.5mA或1mA。通常情況下，熱電阻安裝在現場的生産設備上，電源與電壓測量部件大多安裝在儀器室中，因此測量時必須考慮熱電阻與儀器室間的導線電阻。導線電阻會随着外部的溫度發生變化，使用2線制引線型時會産生測量誤差。為了避免這種誤差，可以使用3線制或4線制引線型。一般情況下使用3線制，高精度測量時使用4線制。

熱電阻的測量電路

通常熱電阻為3線制，轉換部分電路是由向熱電阻輸入電流的供電電路、導線電阻補償電路、線性化電路以及傳送信号轉換電路組成。下圖為熱電阻輸入轉換功能模塊的示例。圖中省略斷偶電路。

熱電阻輸入轉換器功能模塊圖

導線電阻補償電路

電路原理如下圖所示。通過圖中的公式可求得放大器輸出電壓Eo。當rA=rB、R1=R2時

Eo=(1 R3/R4)Rt I

此時不受導線電阻的影響， 輸出僅随Rt變化而變化。

導線電阻補償原理電路

線性化電路

下圖為原理電路圖。因為熱電阻阻值的變化與溫度的變化并不是線性關系，所以，熱電阻的輸出值Eo和溫度也不是線性關系。為了使Eo和所測量的溫度為比例關系，需要調整流過熱敏電阻的電流。當溫度上升時，電流不是維持恒定，而是稍微将電流變大，以維持Eo和所測量的溫度之間的比例關系。

線性化原理電路

(參考)在0～650℃溫度範圍下，Pt100溫度和電阻的關系可用以下公式表示。

Rt＝Ro(1 αt βt²)

Rt: 測量溫度下的電阻值α : 常數 3.908×10-³℃-¹t : 溫度℃

Ro: 0℃時的電阻值(Pt100為100Ω)β : 常數 -5.775×10-7℃-²

如圖所示，熱電阻的溫度上升後放大器U1的正極輸入電壓就會降低，且電流I會變小。如果在熱電阻中串聯合适的Rc電阻，就可以抵消常數β和電流I變小帶來的影響，可使輸出Eo和溫度成線性比例。根據公式Rc=(1-α²/β) Ro得出Rc的電阻值。(詳細公式略)

轉載:ThermoMan 空調試驗室

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