城市轨道交通传感器与检测技术（第二版）课件：热电阻

热电阻[任务导入]

在炼油、化工行业常用到气化炉，炉内正常温度在1300℃左右，甚至高达1500℃以上。炉内所衬炉砖在高温时会熔蚀，受热气体和融渣的冲刷，耐火砖不断变薄。炉内耐火砖的减薄甚至脱落，使炽热气体通过砖缝侵入到气化炉炉壁，使其表面温度升高，气化炉金属外壳强度降低，造成设备不安全。本课题的任务就是要检测气化炉表面温度并给予报警，以便及时确定更换耐火砖的时间。气化炉的耐压压力为6.5MPa(G)，炉表面温度在400℃

～450℃之间，正常值为425℃左右。根据传感器温度测量范围，可以选择热电阻温度传感器为测温元件，组成温度报警系统。热电阻温度传感器是如何测量温度？其结构、特点如何？5

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，进而通过电路将电阻变化变成电压或电流信号输出就可以测量出温度。

若按其制造材料来分，有金属热电阻（铂、铜、镍）和半导体热电阻（热敏电阻）。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，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，而且被制成标准的测温仪。

金属热电阻6

金属热电阻是中低温区（－200～500℃）最常用的一种测温敏感元件。主要特点：

电阻值与温度变化具有良好的线性关系。电阻温度系数大，以便对温度变化敏感，便

于精确测量。电阻率高，热容量小，从而具有较快的响应

速度。在测量范围内具有稳定的物理、化学性质。容易加工，价格尽量便宜。

金属热电阻的阻值随温度的增加而增加，且与温度变化成一定的函数，通过检测金属热电阻阻值的变化量，即可测出相应温度。

常用的金属热电阻主要有：铂电阻和铜电阻。金属热电阻一.铂热电阻测量范围：

－200℃～850℃，精度较高。热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。其受热部分（感温元件）是用细铂金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上，当被测量介质中有温度存在时，所测得的温度是感温元件所在范围内介层中的平均温度。应用于温度的检测与控制。

小型铂热电阻防爆型铂热电阻铠装型铂热电阻薄膜型和普通型热电阻铂易于提纯，物理化学性质稳定，电阻率较大，能耐较高的温度，是制造标准热电阻和工业用热电阻的最好材料。但铂是贵重金属，价格较高。按照ITS-1990标准，国内统一设计的最常用的工业用铂电阻为Pt100和Pt1000，即在0℃时铂电阻阻值R0值为100Ω和1000Ω。二.铜热电阻应用：

测量精度要求不高且温度较低的场合（主要检测液体、蒸汽和气体介质和固体表面温度。） 测量范围：―50～150℃优点： 温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。缺点： 易于氧化，测量范围小，

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我国常用的铜电阻为Cu50和Cu100，即在0℃时其阻值R0值为50Ω和100Ω，铜电阻值与温度之间的关系可以查热电阻分度表Cu50或Cu100。三.热电阻的结构热电阻＝电阻体（最主要部分）＋绝缘套管＋接线盒普通工业用热电阻式温度传感器铜热电阻结构示意图铂热电阻结构示意图

四.热电阻的典型测量电路

热电阻传感器主要用于测量温度以及与温度有关的物理量，例如，压力（真空度）、流量、气体和液体的成分分析等。此外，可作温度补偿、过负荷保护、火灾报警以及温度控制等。其应用是十分广泛的。

金属热电阻的优点是精度高、性能稳定、适于测低温。缺点是热惯性大，需辅助电源。

流过热电阻丝的电流不要过大，否则会产生较大的热量，影响测量精度，此电流值一般不宜超过6mA。

四.热电阻的典型测量电路热电阻的电阻变化比较小，电阻相对变化率仅为0.385%/℃左右。例如Pt100，每度电阻变化量仅为0.385Ω，要精确地测量这么小的电阻变化是非常困难的，一般的电阻测量仪表无法满足要求。

通常采用韦斯通电桥电路进行测量，将电阻相对变化△R/R，转换为电压的变化，再用测量仪表进行测量。当R1为热电阻时

四.热电阻的典型测量电路

由于金属热电阻的阻值不高，而且工业用金属热电阻安装在生产现场，离控制室较远。因此，金属热电阻的引线电阻对测量结果有较大的影响。目前，金属热电阻引线方式有两线制、三线制和四线制3种。1.两线制（用于引线不长，精度较低）在热电阻感温体的两端各连一根导线。这种引线方式简单、费用低，但是引线电阻以及引线电阻的变化会带来附加误差，因此，两线制适于引线不长、测温精度要求较低的场合，确保引线电阻值远小于热电阻值。

四.热电阻的典型测量电路2.三线制接法（用于工业测量，一般精度）由于热电阻的阻值很小，因此导线的电阻值不能忽视。

如R0=100Ω的铂电阻，lΩ的导线电阻可能产生3℃左右的误差。为解决导线电阻的影响，工业热电阻大多采用三线制电桥连接法。

四.热电阻的典型测量电路

三线制测温电路不仅可以消除导线电阻值对测温的影响，而且巧妙地克服电阻随温度的变化而对整个电路产生的影响，它适合于远距离的测量。3.四线制接法（实验室用，高精度测量）三线制接法是工业测量中广泛采用的方法。

在高精度测量中，可设计成四线制的测量电路。

四.热电阻的典型测量电路四线制测量电路的测量精度高，但是需要导线多，它也适合远距离测量。1.热电阻的选用原则根据测量的范围和对象，选择适当的工业热电阻型号以及保护管材料，热电阻的“最高使用”压力不可超过在该工作温度下保护管所能承受的压力。选用工业热电阻的分度号必须与显示仪表的分度号一致。除双支式的工业热电阻外，在不使用切换开关的情况下，每支工业热电阻不可同时和两支显示仪表连接使用。

五.热电阻的的选用与安装2.热电阻的安装要求工业热电阻的安装地点，应避免安装在炉门旁边和避免与加热物体距离过近之处。工业热电阻的接线盒不可碰到被测介质的容器壁，接线盒的温度不宜超过100℃，并尽可能地保持稳定不变。工业热电阻的插入深度，浸入被测介质中的长度应不小于保护管外径的10倍。

五.热电阻的的选用与安装3.使用注意事项连接导线应采用绝缘（最好是屏蔽）铜线，截面积视工业热电阻与显示仪表间的距离而定，但一般不得小于1.5mm2。导线的电阻值应按显示仪表技术条件规定的数据配准（一般为5Ω～15Ω），导线的电阻值可用惠斯顿电桥来调整。增加被测介质的循环，使工业热电阻与被测介质间的对流传热增加。当工业热电阻用来测量变化的温场时，常有动态误差的存在，请注意选用具有适当热响应时间的工业热电阻，因为热响应时间的大小是决定动态误差大小的主要因素，并与之成正比，它对