熱電阻

　　熱電阻（thermal resistor）是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。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。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。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開(kāi)始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。金屬熱電阻常用的感溫材料種類(lèi)較多，最常用的是鉑絲。工業(yè)測(cè)量用金屬熱電阻材料除鉑絲外，還有銅、鎳、鐵、鐵—鎳等。

　　工作原理

　　熱電阻的測(cè)溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體

　　的電阻值隨溫度變化而變化這一特性來(lái)測(cè)量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，現(xiàn)在已開(kāi)始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。熱電阻通常需要把電阻信號(hào)通過(guò)引線(xiàn)傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它二次儀表上。

　　主要種類(lèi)

　　普通型熱電阻

　　從熱電阻的測(cè)溫原理可知，被測(cè)溫度的變化是直接通過(guò)熱電阻阻值的變化來(lái)測(cè)量的，因此，熱電阻體的引出線(xiàn)等各種導(dǎo)線(xiàn)電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來(lái)影響。

　　鎧裝熱電阻

　　鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線(xiàn)、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為φ2--φ8mm，最小可達(dá)φmm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：

　　1、體積小，內(nèi)部無(wú)空氣隙，熱慣性上，測(cè)量滯后小；

　　2、機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；

　　3、能彎曲，便于安裝；

　　4、使用壽命長(zhǎng)。

　　端面熱電阻

　　端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。

　　隔爆型熱電阻

　　隔爆型熱電阻通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的接線(xiàn)盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線(xiàn)盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla--B3c級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。

　　測(cè)溫原理

　　熱電阻的測(cè)溫原理與熱電偶的測(cè)溫原理不同的是，

　　熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測(cè)量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓涂梢詼y(cè)量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類(lèi)。

　　金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即

　　Rt=Rt0［1+α（t-t0）］

　　式中，Rt為溫度t時(shí)的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0℃）時(shí)對(duì)應(yīng)電阻值；α為溫度系數(shù)。

　　半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系為

　　Rt=AeB/t

　　式中Rt為溫度為t時(shí)的阻值；A、B取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。

　　相比較而言，熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高（通常在數(shù)千歐以上），但互換性較差，非線(xiàn)性嚴(yán)重，測(cè)溫范圍只有-50~300℃左右，大量用于家電和汽車(chē)用溫度檢測(cè)和控制。金屬熱電阻一般適用于-200~500℃范圍內(nèi)的溫度測(cè)量，其特點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應(yīng)用極其廣泛。

　　工業(yè)上常用金屬熱電阻從電阻隨溫度的變化來(lái)看，大部分金屬導(dǎo)體都有這個(gè)性質(zhì)，但并不是都能用作測(cè)溫?zé)犭娮瑁鳛闊犭娮璧慕饘俨牧弦话阋螅罕M可能大而且穩(wěn)定的溫度系數(shù)、電阻率要大（在同樣靈敏度下減小傳感器的尺寸）、在使用的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)物理性能、材料的復(fù)制性好、電阻值隨溫度變化要有間值函數(shù)關(guān)系（最好呈線(xiàn)性關(guān)系）。

　　.

　　1、K型熱電偶鎳鉻（鎳硅（鎳鋁）熱電偶）

　　K型熱電偶是抗氧化性較強(qiáng)的賤金屬熱電偶，可測(cè)量0～1300℃的介質(zhì)溫度，適宜在氧化性及惰性氣體中連續(xù)使用，短期使用溫度為1200℃，長(zhǎng)期使用溫度為1000℃，其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系近似線(xiàn)性，是目前用量最大的熱電偶。然而，它不適宜在真空、含硫、含碳?xì)夥占把趸€原交替的氣氛下裸絲使用;當(dāng)氧分壓較低時(shí)，鎳鉻極中的鉻將擇優(yōu)氧化，使熱電勢(shì)發(fā)生很大變化，但金屬氣體對(duì)其影響較小，因此，多采用金屬制保護(hù)管。

　　K型熱電偶缺點(diǎn)：

　　（1）熱電勢(shì)的高溫穩(wěn)定性較N型熱電偶及貴重金屬熱電偶差，在較高溫度下（例如超過(guò)1000℃）往往因氧化而損壞;

　　（2）在250～500℃范圍內(nèi)短期熱循環(huán)穩(wěn)定性不好，即在同一溫度點(diǎn)，在升溫降溫過(guò)程中，其熱電勢(shì)示值不一樣，其差值可達(dá)2～3℃;

　　（3）其負(fù)極在150～200℃范圍內(nèi)要發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變，致使在室溫至230℃范圍內(nèi)分度值往往偏離分度表，尤其是在磁場(chǎng)中使用時(shí)往往出現(xiàn)與時(shí)間無(wú)關(guān)的熱電勢(shì)干擾;

　　（4）長(zhǎng)期處于高通量中系統(tǒng)輻照環(huán)境下，由于負(fù)極中的錳（Mn）、鈷（Co）等元素發(fā)生蛻變，使其穩(wěn)定性欠佳，致使熱電勢(shì)發(fā)生較大變化。

　　2、S型熱電偶（鉑銠10-鉑熱電偶）

　　該熱電偶的正極成份為含銠10%的鉑銠合金，負(fù)極為純鉑。

　　其特點(diǎn)是：

　　（1）熱電性能穩(wěn)定、抗氧化性強(qiáng)、宜在氧化性氣氛中連續(xù)使用、長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)1300℃，超達(dá)1400℃時(shí)，即使在空氣中、純鉑絲也將會(huì)再結(jié)晶，使晶粒粗大而斷裂;

　　（2）精度高，在所有熱電偶中準(zhǔn)確度等級(jí)最高，通常用作標(biāo)準(zhǔn)或測(cè)量較高溫度;

　　（3）使用范圍較廣，均勻性及互換性好;

　　（4）主要缺點(diǎn)有：微分熱電勢(shì)較小，因而靈敏度較低;價(jià)格較貴，機(jī)械強(qiáng)度低，不

　　適宜在還原性氣氛或有金屬蒸汽的條件下使用。

　　3、E型熱電偶（鎳鉻-銅鎳［康銅］熱電偶）

　　E型熱電偶為一種較新產(chǎn)品，正極為鎳鉻合金，負(fù)極為銅鎳合金（康銅）。其最大特點(diǎn)是在常用的熱電偶中，其熱電勢(shì)最大，即靈敏度最高;它的應(yīng)用范圍雖不及K型偶廣泛，但在要求靈敏度高、熱導(dǎo)率低、可容許大電阻的條件下，常常被選用;使用中的限制條件與K型相同，但對(duì)于含有較高濕度氣氛的腐蝕不很敏感。

　　4、N型熱電偶（鎳鉻硅-鎳硅熱電偶）

　　該熱電偶的主要特點(diǎn)：在1300℃以下調(diào)溫抗氧化能力強(qiáng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)復(fù)現(xiàn)性好，耐核輻射及耐低溫性能好，另外，在400～1300℃范圍內(nèi)，N型熱電偶的熱電特性的線(xiàn)性比K型偶要好;但在低溫范圍內(nèi)（-200～400℃）的非線(xiàn)性誤差較大，同時(shí)，材料較硬難于加工。

　　5、J型熱電偶（鐵-康銅熱電偶）

　　J 型熱電偶：該熱電偶的正極為純鐵，負(fù)極為康銅（銅鎳合金），具特點(diǎn)是價(jià)格便宜，適用于真空氧化的還原或惰性氣氛中，溫度范圍從-200～800℃，但常用溫度只在500℃以下，因?yàn)槌^(guò)這個(gè)溫度后，鐵熱電極的氧化速率加快，如采用粗線(xiàn)徑的絲材，尚可在高溫中使用且有較長(zhǎng)的壽命;該熱電偶能耐氫氣（H2）及一氧化碳（CO）氣體腐蝕，但不能在高溫（例如500℃）含硫（S）的氣氛中使用。

　　6、T型熱電偶（銅-銅鎳熱電偶）

　　T型熱電電偶：該熱電偶的正極為純銅，負(fù)極為銅鎳合金（也稱(chēng)康銅），其主要特點(diǎn)是：

　　在賤金屬熱電偶中，它的準(zhǔn)確度最高、熱電極的均勻性好;它的使用溫度是-200～350℃，因銅熱電極易氧化，并且氧化膜易脫落，故在氧化性氣氛中使用時(shí)，一般不能超過(guò)300℃，在-200～300℃范圍內(nèi)，它們靈敏度比較高，銅-康銅熱電偶還有一個(gè)特點(diǎn)是價(jià)格便宜，是常用幾種定型產(chǎn)品中最便宜的一種。

　　7、R型熱電偶（鉑銠13-鉑熱電偶）

　　該熱電偶的正極為含13%的鉑銠合金，負(fù)極為純鉑，同S 型相比，它的電勢(shì)率大15%左右，其它性能幾乎相同，該種熱電偶在日本產(chǎn)業(yè)界，作為高溫?zé)犭娕加玫米疃啵谥袊?guó)，則用得較少。