热电阻

定义与分类

利用物质电阻率随温度变化的特性制成的传感器称为热电阻式传感器。按材料可分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类，用于测量温度或与温度相关的参数。其测温范围宽，低温可达1~3K，高温可达1000~1300℃。

金属热电阻的材料要求

作为测温用热电阻，一般要求：

• 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。

最常用的材料是铂和铜，工业上广泛用于测量中低温区（-200~850℃）的温度。

结构与组成

热电阻由电阻体、保护套管（绝缘套管）和接线盒等部件组成。热电阻丝绕在骨架上，骨架采用石英、云母、陶瓷或塑料等材料制成，可根据需要制成不同外形。为防止电阻体出现电感，热电阻丝通常采用双线并绕法。

铂热电阻

铂热电阻在氧化性介质中，甚至在高温下，其物理、化学性能稳定，电阻率大，精确度高，能耐较高的温度。国际温标ITS-90规定，在13.8033K~961.78℃（约-259.34~961.78℃）温度域内，以铂电阻温度计作为标准内插仪器；其缺点是价格高。

铂热电阻值与温度的关系：

在0~850℃范围内：
$R_t=R_0(1+At+B{t}^2)$

在-200~0℃范围内：
$R_t=R_0[1+At+B{t}^2+C(t-100)t^3]$

式中，$R_t$、$R_0$分别为温度$t$和$0\mathrm{°}C$时的电阻值，单位为$\mathrm{\Omega }$；$t$为温度，单位为℃；$A=3.9083\times {10}^{-3}\mathrm{/}\mathrm{°}C$，$B=-5.775\times {10}^{-7}\mathrm{/}\mathrm{°}{C}^2$，$C=-4.183\times {10}^{-12}\mathrm{/}\mathrm{°}{C}^4$。

工业用铂热电阻有$R_0=10\mathrm{\Omega }$、$50\mathrm{\Omega }$、$100\mathrm{\Omega }$和$1000\mathrm{\Omega }$四种，分度号分别为${\mathrm{P}\mathrm{t}}_{10}$、${\mathrm{P}\mathrm{t}}_{50}$、${\mathrm{P}\mathrm{t}}_{100}$和${\mathrm{P}\mathrm{t}}_{1000}$。${\mathrm{P}\mathrm{t}}_{100}$较为常用，其分度表标准号为GB/T30121—2013/IEC60751:2008。实际测量中，测得阻值$R_t$后可从分度表查出对应温度，或结合查表和线性插值法计算。${\mathrm{P}\mathrm{t}}_{10}$的阻值可由${\mathrm{P}\mathrm{t}}_{100}$分度表查得值除以10得到。${\mathrm{P}\mathrm{t}}_{1000}$测温范围为-50~300℃，主要用于医疗、电机工业等高精温度测量场合。

铜热电阻

铜热电阻适用于测量精度要求不高且温度较低的场合，测量范围一般为-50~150℃。铜电阻温度系数大，价格低廉，但易氧化，电阻率较小，机械强度较差。

测量电路与自热

金属热电阻传感器适用于-200~500℃的温度测量，特殊情况可达1K~1000℃。其特点是精度高、适于测低温，测量电路采用电桥，其中自动电桥精度更高。

热电阻测温时需注意自热效应：电流流过热电阻会产生加热作用，引起测量误差。应限制电流，防止自热误差。

半导体热敏电阻

热敏电阻的阻值随温度改变显著，灵敏度远高于金属热电阻、热电偶及其他热敏元件。其常温阻值通常很大（数千欧以上），连接导线阻值（最多不过10Ω）在一般精度下对测温影响很小，通常不必采用三线制或四线制接法；但在高精度测量、高温小阻值读出或引线电阻不可忽略时，仍应按最低工作阻值、温区和误差预算判断是否采用三线制或四线制接法。由于阻值随温度变化显著，很小电流就能产生明显电压变化，但电流过大会产生自热误差，应注意限流。

热敏电阻按特性可分为：

• PTC热敏电阻：阻值随温度升高而增大，有斜率最大的区域，温度超过某一数值时电阻值朝正方向快速变化，主要用于彩电消磁、各种电器设备的过热保护等。
• CTR热敏电阻：具有负温度系数，在某个温度范围内电阻值急剧下降，曲线斜率特别陡，灵敏度极高，主要用作温度开关。

热敏电阻应用广泛，可用于宇宙航天、医学、工业及家用电器等领域，功能涵盖测温、控温、温度补偿、流速测量及液面指示等。

自热电流上限按元件允许误差及散热系数确定，教材10 mA、4～5 mA是示例，不能作所有RTD测量统一限值。四线连接主要消除引线压降，寄生热电势须靠对称等温、反向电流或交流读出进一步抑制；四线制本身不会自动消除任意热电势。