热电阻原理介绍

1简介/热电阻 原理热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。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。 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。热电阻的受热部分（感温元件）是用细金属丝均匀地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。线绕铂电阻(云母、陶瓷、玻璃)：用φ0.02～0.04mm高纯铂丝绕制成一个铂丝绕组，双支铂电阻主要用于需要用二套显示、记录或调节仪同时检测同一地点温度的场合。wzc型铜电阻的感温元件是一个铜丝绕薄膜铂电阻是用真空沉积的薄膜技术把铂溅射在陶瓷基片上,膜厚在2μm以内，用玻璃烧结料把ni(或pd)引线固定，经激光调阻制成薄膜元件。工业测量用金属热电阻材料除铂丝外，还有铜、镍、铁、铁—镍、钨、银等。薄膜热电阻是利用电子阴极溅射的方法制造，可实现工业化大批量生产。其中骨架用陶瓷，引线采用铂钯合金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。金属热电阻的感温元件有石英套管 十字骨架结构，麻花骨架结构得杆式结构等。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 、钨 、银 等。薄膜热电阻 是利用电子阴极溅射的方法制造，可实现工业化大批量生产。其中骨架用陶瓷 ，引线采用铂钯合金利用金属或半导体的电阻值随温度变化的原理制成的传感器，是温度测量仪表中常用的一种温度测温元件。金属热电阻的电阻值随温度上升而增大，常用的有铂热电阻（测温范围为-200～＋850℃）、铜热电阻（-50～＋150℃）和镍热电阻（-60～＋180℃）3种。热电阻大多是用直径0.04～0.1毫米的纯金属丝绕在片状或棒状的云母、玻璃、陶瓷或胶木骨架上制成的。在工业应用中它一般装在金属保护套管内，以防止损坏；也有做成铠装的。热电阻的外形与热电偶相似。铂热电阻复现性好，性能稳定，精确度高，在精密测温和控温中广泛应用。半导体热敏电阻也是常用的一种热电阻，它的电阻值随温度上升而减小。其特点是灵敏度高，体积小，反应速度快，但互换性较差，测温范围为-100～＋300℃。2结构/热电阻 主要由感温元件、内引线、保护管3部分组成。通常还具有与外部测量及控制装置、机械装置连接的部件。它的外形与热电偶相似，使用时要注意避免用错。热电阻感温元件是用来感受温度的电阻器。它是热电阻的核心部分，由电阻丝及绝缘骨架构成。作为热电阻丝材料应具备如下条件：①电阻温度系数大、线性好、性能稳定；②使用温度范围广、加工方便；③固有电阻大，互换性好，复制性强3种类　/热电阻 （1）精密型热电阻工业常用热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点。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。为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制。（2）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~φ8m m，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。（3）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。（4）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**性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的**局限在接线盒内，生产现场不会引超**。隔爆型热电阻可用于bla~b3c级区内具有**危险场所的温度测量。金属热电阻的电阻值随温度上升而增大，常用的有铂热电阻（测温范围为-200～＋850℃）、铜热电阻（-50～＋150℃）和镍热电阻（-60～＋180℃）3种。热电阻大多是用直径0.04～0.1毫米的纯金属丝绕在片状或棒状的云母、玻璃、陶瓷或胶木骨架上制成的。在工业应用中它一般装在金属保护套管内，以防止损坏；也有做成铠装的。热电阻的外形与热电偶相似。铂热电阻复现性好，性能稳定，精确度高，在精密测温和控温中广泛应用。半导体热敏电阻也是常用的一种热电阻，它的电阻值随温度上升而减小。其特点是灵敏度高，体积小，反应速度快，但互换性较差，测温范围为-100～＋300℃。4热电阻的结构和类型按其结构类型来分，热电阻[1] 有普通型、铠装型、薄膜型等。普通型热电阻由感温元件(金属电阳丝）、支架、引线、保护套管及接线盒等基本部分组成。为避免电感分量，热电阻丝常采用双线并绕，制成无感电阻。1、感温元件(金属电阻丝)由于铂的电阻率较大，而且相对机械强度较大，通常铂丝的直径在（0.03~0.07）mrn±0.005mm。可单层绕制，若铂丝太细、电阻体可做得小，但强度低，若铂丝粗，虽强度大，但电阻体积大了，热惰性也大，成本高。由于铜的机械强度较低，电阻丝的直径需较大，一般为0.1mm±0.005mm的漆包铜线或丝包线分层绕在骨架上，并涂卜绝缘漆而成。由于铜电阻的温度低，故可以重叠多层绕制，一般多用双绕法，即两根丝平行绕制，在末端把两个头焊接起来，这样工作电流从一根热电阻丝进人，从另根热电阻丝反向出来，形成两个电流力向相反的线圈，其磁场方向相反，产生的电感就互相抵消，故又称无感绕法。这种双绕法也有利于引线的引出。2、骨架热电阻是绕制在骨架上的，骨架是用来支持和固定电阻丝的。骨架应使用电绝缘性能好、高混下机械强度高，体膨胀系数小、物理化学性能稳定、对热电阻无污染的材料制造，常用的是云母、石英、陶瓷、玻璃及塑料等。3、引线引线的直径应当比热电阻丝大几倍，尽量减少引线的电阻，增加引线的机械强度和连接的可靠性，对于工业用的铂热电阻，一般采用lmm的银丝作为引线；对于标准的铂热电阻可采用0.3rnrn的铂丝作为引线；对于铜热电阻则常用0.5mm的铜线。在骨架上绕制好热电阻丝,并焊好引线之后，在其外面加上云母片进行保护。在装人外保护套管，并和接线盒或外部导线相连接，即得到热电阻传感器。目前有生产薄膜型热电阻，它是利用真空镀膜法或糊浆印刷烧结法使金属薄膜附着在耐高温基底上。其尺寸可以小到几平方毫米，可将其粘贴在被测高温物体上，测量局部温度，具有热窬一小，反应快的特点。国内统一设计的工业用铂热电阻在0℃时的阻值有25ω、100ω等几种。分度号分别用pt25、pt100等表示。薄膜型铂热电阻有100ω、1000ω等数种。同样，铜热电阻在0℃时的阻值为50ω、100ω两种，分度号用cu50,cu100表示5水电行业中热电阻有哪些弊端随着工业的发展，目前热电阻[2] 已经被广泛应用于工业生产测量当中，而测温热电阻是水电厂最重要的传感器，可以说作用是至关重要的，因为水电厂测温电阻运行情况直接影响发电机组是否能够安全运行。那么热电阻在水电行业的应用过程中，会遇到什么弊端呢？下面我们就该问题来进行分析。在水电行业中，测温电阻性能不稳定、可靠性差是非常普遍的问题。由于性能不稳定导致温度信号误报，一直困扰着电厂的运行人员和检修人员，严重时可造成机组事故停机，这对于机组寿命及电网的安全都会造成不可估量的影响。因此，分析测温电阻故障原因，提高测温电阻的长期稳定性和可靠性是非常紧迫的一项工作。6热电阻导线问题具体原因具体分析热电阻导线问题第一种情况：导线长期浸泡在导轴承、推力轴承油槽里，使导线变硬变脆，导线很难弯折。导线表面出现很多裂纹，严重时导线里边的芯线也出现裂纹，导线线芯裸露在外边。我们选用耐油、耐温的热电阻导线材料。我们选用的是聚全氟乙丙烯（fep）简称f-46，是**和**的共聚物，是聚**的改性材料。它具有优良的耐油、耐腐蚀和耐热性能，可在-250～250℃温度内长期使用。除在高温高压下氟元素和熔融状态的碱金属对它有腐蚀作用，其它诸如强酸（包括浓**和王水）、强碱、强氧化剂、油脂、酮、醚、醇等即使在高温下也对它不起作用。另外它的耐开裂性能也非常突出，可以彻底解决导线长时间泡在油中出现开裂的问题。热电阻导线问题第二种情况：导线根部断线情况比较严重，有的直接断掉，有的外部绝缘层断开。我们对导线根部做了保护装置。1）我们给传感器后端做了弹簧保护装置，防止油流冲击、振动、弯折造成的导线根部断线。2）我们将传感器根部用铠装丝一直延伸出来，这样导线受到油流冲击的部分全部是铠装丝，由于铠装丝是可以任意弯折的，这样导线就成了具有不锈钢外壳的导线，彻底解决导线受油腐蚀和冲击的问题。使用寿命更久，性能更可靠。热电阻导线问题第三种情况：导线线径太小，包括导线外径和单股导线芯线的线径。我们热电阻导线的外径大小可以根据电厂的实际情况和客户的具体要求来定做，我们给别的电厂提供的测温电阻导线外径分别是:三芯、四芯的为5mm左右，6芯的为6mm左右。热电阻导线是带网装屏蔽层，线芯为镀银线芯，性能非常稳定。7热电阻装置时需求哪些请求首先思索的要素是热电阻[4] 的装置应该要丈量精确，平安牢靠及维修便当，而且不影响设备运转和消费操作。要满足以上请求，在选择对热电阻的装置部位和插入深度时要留意以下几点：第一：为了使热电阻的丈量端和丈量端被测介质之间有充沛的热交流，应该合理的选择测点位置，尽量防止在阀门，弯头和管道和设备的死角左近装设热电阻。第二：带有维护套管的热电阻有传热和散热损失，为了可以减少丈量误差，热电偶和热电阻应该有足够的插入深度。1：丈量管道中心流体温度的热电阻，普通状况下都应该把其中丈量端插入到管道中心处垂直装置或者倾斜装置。比方或测流体的管道直径是200毫米，那热电阻插入深度应该是选择100毫米。2：参加需求丈量是烟道里面的延期的温度的话，那么虽然烟道直径为4米，热电阻插入深度1米就能够了。3：当丈量元件插入深度超越一米的时分，应该有可能垂直装置，或者伪装制成架和维护套管。或许关于热电阻的装置我们曾经十分熟习了，但是我们是需求依照一定的步骤这样就可以平安的装置好。8受到火花或电弧等影响应该怎么办因为热电阻[5] 的电子密度不同所以产生一定的电子扩散，当他们达到一定的平衡后所形成的电势，接触电势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及他们接触点的温度。目前国际上应用的热电偶具有一个标准规范.但是热电偶的电信号却需要一种特殊的导线来进行传递，这种导线我们称为补偿导线。不同的热电偶需要不同的补偿导线，其主要作用就是与热电偶连接，使热电偶的参比端远离电源.把热电阻的外壳内部**性混合气体因受到火花或电弧等影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。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。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最常用的。当热电阻因受到火花或电弧等影响而发生的**局限在接线盒内，生产现场不会引超**,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。9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。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最常用的引线电阻。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。10接线法热电阻采用三线制接法。采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥 的一个桥臂电阻 ，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。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。工业上一般都采用三线制接法。热电偶产生的是毫伏信号，不存在这个问题。11工业应用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）。目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：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。** 最常用的有r0=10ω、r0=100ω和r0=1000ω等几种，它们的分度号分别为pt10、pt100、pt1000；铜电阻 有r0=50ω和r0=100ω两种，它们的分度号为cu50和cu100。其中pt100和cu50的应用最为广泛。12技术指标一般是指在工作温度下保护管所能承受的静态外压而不破裂,实际上,容许工作压力不仅与保护管材料、直径、壁厚有关、还与其结构形式、安装方法、置入深度以及被测介质的流速和种类等有关。另外，热电阻最小置入深度应不小于其保护套管外径的8-10倍（特殊产品例外）。对于长度超过1m的热电阻,它的常温绝缘电阻值与长度的乘积应不小于100mω。即rr,l＞100mω,m式中rr-热电偶的常温绝缘电阻值,mω；l-热电阻的长度，m。对于长度等于或不足1m的热电阻，它的常温绝缘电阻值应不小于100mω(500v)热响应时间是在温度出现阶段变化时，热电阻的输出变化至该阶段变化的某个规定百分数所需的时间，通常以ζ表示。13测温系统的组成（1）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。必须注意以下两点：①热电阻和显示仪表的分度号必须一致②为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。具体内容参见本篇第三章。（2）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。（3）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。（4）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**性混合气体因受到火花或电弧等影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。14检定方法温度测量是工业 、农业、国防 和科研等部门最普遍的测量项目。在对工作用热电阻 的检定过程中发现，如对现有的检定方法作适当改动，则可使检定方法更实用，操作更方便，同时在对检定结果毫无影响的情况下又可减少对标准热电阻的污染及损伤，从而延长标准热电阻的使用寿命。按照规程检定方法应是：“将标准热电阻套上高铝保护管，与套好高铝保护绝缘瓷珠 的被检热电阻用细镍铬丝 捆扎成圆形一束，其直径不大于20mm，捆扎时，应将被检热电阻的测量端围绕标准热电阻测量端均匀分布一周，并处于垂直标准热电偶同一截面上。”“将捆扎成束的热电阻装入检定炉内，热电阻的测量端应处于管式炉最高温区中心，标准热电阻应与管式炉轴线位置一致。”规程中与标准热电阻一起捆扎的一般是从保护套管中抽出后套好高铝绝缘瓷珠的被检热电偶，而被检的热电阻是外套金属管，内装绝缘材料及电偶丝，三者组合加工而成的坚实缆状组合体，所以不能抽出。金属管套的外径为1～8mm，常用的热电阻的外径为4～5mm，硬度大，因材质的不同，和热电阻一起捆扎时，很难保证捆扎效果是“处于垂直标准热电阻同一截面上”，如捆扎用力过大又可造成热电阻的高铝保护管破裂。另外，每检定一次，标准热电阻就要和被检热电阻一起捆扎一次，反复接触很容易造成对标准热电阻 的污染，使标准热电阻的稳定性下降，影响测量结果的准确性。再则每次捆扎后都要重新接线，频繁的接线、拉动也容易使标准热电阻的保护套管口对其造成损伤，使其断裂而导致报废，影响标准热电阻使用寿命。15和热电偶的区别热电偶与热电阻均属于温度测量中的接触式测温，尽管其作用相同都是测量物体的温度，但是他们的原理与特点却不尽相同.热电偶是温度测量中应用最广泛的温度器件，主要特点就是测吻范围宽，性能比较稳定，同时结构简单，动态响 应好，更能够远传4-20ma电信号，便于自动控制和集中控制。热电偶的测温原理是基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势，这种现象称为热电效应，又称为塞贝克效应。闭合回路中产生的热电势有两种电势组成；温差电势和接触电势。温差电势是指同一导体的两端因温度不同而产生的电势，不同的导体具有不同的电子密度，所以他们产生的电势也不相同，而接触电势顾名思义就是指两种不同的导体相接触时，因为他们的电子密度不同所以产生一定的电子扩散，当他们达到一定的平衡后所形成的电势，接触电势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及他们接触点的温度。目前国际上应用的热电偶具有一个标准规范，国际上规定热电偶分为八个不同的分度，分别为b，r，s，k，n，e，j和t，其测量温度的最低可测零下270摄氏度，最高可达1800摄氏度，其中b，r，s属于铂系列的热电偶，由于铂属于贵重金属，所以他们又被称为贵金属热电偶而剩下的几个则称为廉价金属热电偶。热电偶的结构有两种，普通型和铠装型。普通性热电偶一般由热电极，绝缘管，保护套管和接线盒等部分组成，而铠装型热电偶则是将热电偶丝，绝缘材料和金属保护套管三者组合装配后，经过拉伸加工而成的一种坚实的组合体。但是热电偶的电信号却需要一种特殊的导线来进行传递，这种导线我们称为补偿导线。不同的热电偶需要不同的补偿导线，其主要作用就是与热电偶连接，使热电偶的参比端远离电源，从而使参比端温度稳定。补偿导线又分为补偿型和延长型两种，延长导线的化学成分与被补偿的热电偶相同，但是实际中，延长型的导线也并不是用和热电偶相同材质的金属，一般采用和热电偶具有相同电子密度的导线代替。补偿导线的与热电偶的连线一般都是很明了，热电偶的正极连接补偿导线的红色线，而负极则连接剩下的颜色。一般的补偿导线的材质大部分都采用铜镍合金。热电阻虽然在工业中应用也比较广泛，但是由于他的测温范围使他的应用受到了一定的限制，热电阻的测温原理 是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。其优点也很多，也可以远传电信号，灵敏度高，稳定性强，互换性以及准确性都比较好，但是需要电源激励，不能够瞬时测量温度的变化。工业用热电阻一般采用pt100，pt10，cu50，cu100，铂热电阻的测温的范围一般为零下200-800摄氏度，铜热电阻为零下40到140摄氏度。热电阻和热电偶一样的区分类型，但是他却不需要补偿导线，而且比热电偶便宜。16热电阻接线盒问题热电阻可以用来测量各种液体、气体、固体表面的温度，为了让它发挥更好的效果，在应用时必须选对接线盒，相信大家对与接线盒的选择还是不太了解的，为此，技术人员根据热电阻使用环境条件总结了以下几条选用原则，仅供大家参考一下。1.热电阻防水接线盒：使用于潮湿或露天的场所，是热电阻出厂时的标准配置。2.热电阻防爆接线盒：使用于易燃易爆场所，防爆热电阻(防爆铂电阻或防爆铜电阻)出厂标准配置。3.热电阻塑料接线盒：使用于有强腐蚀的场所，是防腐铂电阻出厂标准配置。4.热电阻不锈钢接线盒：这是一种高成本的温度传感器接线盒，外观精致，通常使用于防腐蚀或易燃易爆场所。5.一体化温度变送器专用接线盒：使用于带有温度变送器的热电阻一体化温度变送器。6.热电阻仿进口接线盒：仿制国外进口产品外形时使用end 20210311