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详解温度传感器热电阻的原理和作用

导读: 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。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。

热电阻

热电阻(thermal resistor)是中低温区最常用的一种温度检测器。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。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。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,此外,现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。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—镍等。

工作原理

热电阻的测温原理是基于导体或半导体电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。热电阻通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它二次仪表上。

主要种类

普通型热电阻

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。

铠装热电阻

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φ2--φ8mm,最小可达φmm。与普通型热电阻相比,它有下列优点:

1、体积小,内部无空气隙,热惯性上,测量滞后小;

2、机械性能好、耐振,抗冲击;

3、能弯曲,便于安装;

4、使用寿命长。

端面热电阻

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。

隔爆型热电阻

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Bla--B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。

测温原理

热电阻的测温原理与热电偶的测温原理不同的是,热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的,即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此,只要测量出感温热电阻的阻值变化,就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。

金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示,即

Rt=Rt0[1+α(t-t0)]

式中,Rt为温度t时的阻值;Rt0为温度t0(通常t0=0℃)时对应电阻值;α为温度系数。

半导体热敏电阻的阻值和温度关系为

Rt=AeB/t

式中Rt为温度为t时的阻值;A、B取决于半导体材料的结构的常数。

相比较而言,热敏电阻的温度系数更大,常温下的电阻值更高(通常在数千欧以上),但互换性较差,非线性严重,测温范围只有-50~300℃左右,大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量,其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠,在程控制中的应用极其广泛。

工业上常用金属热电阻从电阻随温度的变化来看,大部分金属导体都有这个性质,但并不是都能用作测温热电阻,作为热电阻的金属材料一般要求:尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大(在同样灵敏度下减小传感器的尺寸)、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系(最好呈线性关系)。

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