表面热电阻*概 述

　　表面热电阻是利用物质在温度变化时自身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。其感温元件由特殊处理的电阻丝缠绕制成，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，适用于测量表面温度。当被测介质中有温度梯度存在时，所测得温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。

　　表面热电阻是中低温区*常用的一种温度检测器。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**度是*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。

　　表面热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用*多的是铂和铜，铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小;铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造热电阻。

　　表面热电阻*工作原理

　　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。热电阻的受热部分 (感温元件)是用细金属丝均匀的缠绕在绝缘材料制成的骨架上，当 被测介质中有温度梯度存在时， 所测得的温度是感温元件所在范围内 介质层中的平均温度。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。

　　热电阻*分 类

　　1.热电阻通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用。它可以直接测量各种生产过程中从 -200℃ 至 + 600℃ 范围内的液 体、蒸汽和气体介质及固体表面的温度，根据使用场合的不同， 可以分为：

　　( 1 )装配热电阻：通常由感温元件、安装固定装置和接 线盒等主要部件组成，具有测量精度高，性能稳定可靠等优点。实际 运用中以 Pt100 铂热电阻运用*为广泛。

　　( 2 )铠装铂热电阻：铠装热电阻是由感温元件、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，*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。

　　( 3 )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

　　( 4 )表面热电阻/端面热电阻：表面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝缠绕制成，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，适用于测量表面温度。

　　2. 根据感温元件分类：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。 热电阻材料 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。

　　表面热电阻*结构形式

　　表面热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成，主要用于测量固体表面温度。

　　表面热电阻*技术指标

　　★ 分度号:Pt100(R0=100Ω)

　　★ 精度等级: B级

　　★ 热响应时间:τ0.5<15s

　　★ 绝缘电阻: 外壳和探头之间的绝缘电阻不小于100MΩ(100V直流)。

　　★ 测温范围: -79～200℃

　　表面热电阻*信号连接方式

　　热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，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一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。

　　目前热电阻的引线主要有三种方式

　　1二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合

　　2三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的*常用的引线电阻。

　　(热电阻采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。)

　　3四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。

　　表面热电阻*安装与注意事项

　　(1)在管道上安装时，热电阻的感温元件应与被测介质形成逆流， 至少应与被测介质流束方向成 90°角;同时，应将感温元件总长的 1/2 放置在*高流速的位置，铂电阻的护套管末端应越过流束中心线 50~70mm。

　　(2)热电阻的插入深度，一般不得小于套管外径的 8~10 倍，一般不 应小于 300mm。如果插入深度不够，外露部分又空气流通，这样所测 出的温度比实际温度低 3~4 度。

　　(3)为避免液体、灰尘渗入电阻的接线盒内，应将其接线盒盖朝上， 出线孔螺栓朝下，尤其是在有雨水溅洒的场所应特别注意。

　　表面热电阻*故障维修

　　热电阻的常见故障是热电阻的短路和断路。一般断路更常见，这是因为热电阻丝较细所致。断路和短路是很容易判断的，可用万用表的"×1Ω"档，如测得的阻值小于R0，则可能有短路的地方;若万用表指示为无穷大，则可断定电阻体已断路。

　　电阻体短路一般较易处理，只要不影响电阻丝的长短和粗细，找到短路处进行吹干，加强绝缘即可。

　　电阻体的断路修理必然要改变电阻丝的长短而影响电阻值，为此更换新的电阻体为好，若采用焊接修理，焊后要校验合格后才能使用。

　　热电阻常见故障及处理方法：

　　(1) 显示仪表示值比实际值低或示值不稳定 可能原因是保护管内有水或接线盒有金属屑、灰尘等。 处理方法：倒出水或消除灰尘，并将潮湿部分进行干燥处理，提 高绝缘性能，但不能用火烤。

　　(2) 显示值无穷大 热电阻或引出线断路及接线端子松开等 。 处理方法：更换电阻体，或焊接及柠紧接线螺丝等

　　(3) 阻值与温度关系有变化

　　铂电阻丝材料受腐蚀变质 处理方法：更换热电阻丝

　　(4) 仪表显示值为零或有负值 显示仪表与热电阻接线有错，或热电阻短路 处理方法：改正接线，或找出短路处，加强绝缘

　　(5) 热电阻断路 用万用电表检查断路部位，确定是连接导线还是热电阻断路，如 连接导线断路应予修复或更换。

　　(6) 热电阻短路 如热电阻本身短路，应予更换。用万用表检查，确定短路部位， 并修复或更换。 还有在安装完毕后对潮湿环境中的热电阻的盖子要周期的打开， 并且要防止生锈，以免打不开无法维护。

　　铂电阻的修理及应注意的几个问题 ：

　　(1)铂丝很细(Φ0.03~0.07mm)，修理是要耐心、细心。修理时把 铂丝从保护套管中轻轻抽出(当铂丝和陶罐内壁相碰时不能硬拉出 来)。

　　(2)打开扎线后，先检查云母片是否损坏，再查铂丝引出与引出线 连接处是否良好，如铂丝断路，可用电压 6~8V 的电弧焊焊好，如铂 丝与银引出线连接处断开，可用电压 10~14V 的电弧焊焊好。焊好后 予以检查是否符合标准并剪去多余部分， 以免阻值变化造成测量准确 性。

　　(3)电阻短路故障较少，容易处理，只要找出短路点，用耐热绝缘 材料(云母片)加以衬垫绝缘，并用少许漆片胶固，即可修复。

　　(4) 如果要改变电阻体长度，只准改变引出线的长度，不允许改变 电阻体部分长度。

　　(5)经修理恢复后的铂电阻，要经过检定合格后才可再使用。

　　表面热电阻*相关概念

　　温度

　　是国际单位制(SI)七个基本物理量之一，温度一般占全部过程参数的50%左右。因而，准确测量和控制温度，对于获得正确的科研数据和保证产品质量都十分重要。例如，在金属冶炼过程中，若温度得以准确的测量和控制，则耗能可降低17%，生产率可提高18%，产量可增加15%。

　　温标

　　Ø 概念：用来量度物体温度高低的标尺，它是温度的一种数值表示。

　　Ø 一个温标主要包括两个方面的内容：一是给出温度数值化的一套规则和方法，例如规定温度的读数起点(零点);二是给出温度的测量单位。

　　常用温标

　　q 经验温标，热力学文标，国际实用温标

　　1)经验温标：借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标。如根据液体(水银)受热后体积膨胀的性质确定温标。

　　v 华氏温标℉-----1714年，荷兰人华伦海特把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0度,在标准大气压下水的冰点为32度，水的沸点为212度，中间划分为180等分，每一等分为一华氏度。

　　v 摄氏温标℃：1742年，由瑞典摄尔休提出。标准大气压下水的冰点定位零度，把水的沸点定位100度。

　　v ℉=(9/5) ℃+32。

　　2)热力学温标(开尔文温标) K：19世纪中叶，英国人开尔文提出，又称开尔文温标(符号K)，或**温标，它规定分子运动停止时的温度为**零度。

　　三温标关系：

　　Ø 水在标准大气压下结冰的温度，即摄氏温标0℃，或华氏温标32℉，相当于热力学温标273.16K。

　　Ø **零度0K，相当于摄氏-273.16度。

　　目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。

　　国际实用温标是一个国际协议性温标，它与热力学温标相接近，而且复现精度高，使用方便。目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际实用温标-1975年修订版》，记为：IPTS-68(REV-75)。但由于IPTS-68温度存在一定的不捉，国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过1990年国际ITS-90，ITS-90温标替代IPS-68。我国自1994年1月1日起**实施ITS-90国际温标。

　　温度测量方法和分类：