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1、热电阻工作原理 热电阻是中低温区最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。其中铂热是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。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=Rt01+(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;为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为Rt=AeB/
2、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-50300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-200500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。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。热电阻种类(1)精密型热电阻：工业常用热电阻感温元件(电阻体)的
3、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28mm，最小可达mm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小;机械性能好、耐振，抗冲击;能弯曲，便于安装;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
4、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BlaB3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。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)。目前应用最广泛的热电阻材料是
5、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。中国最常用的有R0=10、R0=100和R0=1000等几种，它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000;铜电阻有R0=50和R0=100两种，它们的分度号为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。热电阻的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
6、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
7、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。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。热电阻测温系统的组成(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。
8、必须注意以下两点：热电阻和显示仪表的分度号必须一致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28mm，最小可达mm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小;机械性能好、耐振，抗冲击;能弯曲，便于安装使用寿命长。(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
9、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。热电偶工作原理 热电偶具有简单、可靠、测量精度较高等特点，是一种应用广泛的测温元件，工业生产中的许多仪器设备都要用热电偶测温、控温，在热加工中热电偶的应用更是必不可少，另外在汽车、家用电器中也经常使用热电偶。 热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，是由两种不同成分的导体两端接合成回路时，当两接合点 热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存有温差时，显示仪表将会指示出热电偶产生的热电
10、势所对应的温度值。热电偶的热电动热将随着测量端温度升高而增长，它的大小只与热电偶材料和两端的温度有关，与热电极的长度、直径无关。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。 将不同材料的导体A、B接成闭合回路（图1a），接触点的一端称测量端，一端称参比端。若测量端和参比端所处温度t和t0 不同，则在回路的A、B之间就产生一热电势EAB(t，t0 )，因而在回路中形成一个电流，这种现象称为塞贝克效应，即热电效应。EAB大小随导体A、B的材料和两端温度t和t0 而变，这种回路称为原
11、型热电偶。 在实际应用中（图1b），将A、B的一端焊接在一起作为热电偶的测量端放到被测温度 t处，而将参比端分开，用导线接入显示仪表，并保持参比端接点温度t0稳定。显示仪表所测电势只随被测温度t变化。 热电偶的特点 1、测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 2、测量范围广。常用的热电偶从-50 1600均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269（如金铁镍铬），最高可达 2800（如钨-铼）。 3、构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。热电偶补偿导线 由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵
12、金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t00时对测温的影响。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100。热电偶回路的四个基本定则 均质导体定则 由同一种均质材料（导体或半导体）两端焊接组成闭合回路，无论导体截面如何以及温度如何分布，将不产生接触电
13、势，温差电势相抵消，回路中总电势为零。 可见，热电偶必须由两种不同的均质导体或半导体构成。若热电极材料不均匀，由于温度梯存在，将会产生附加热电势。 中间导体定则 在热电偶回路中接入中间导体（第三导体），只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响，这就是中间导体定律。 应用：依据中间导体定律，在热电偶实际测温应用中，常采用热端焊接、冷端开路的形式，冷端经连接导线与显示仪表连接构成测温系统。 有人担心用铜导线连接热电偶冷端到仪表读取mV值，在导线与热电偶连接处产生的接触电势会使测量产生附加误差。根据这个定律，是没有这个误差的！ 中间温度定则 热电偶回路两接点（温度为T、T0
14、）间的热电势，等于热电偶在温度为T、Tn时的热电势与在温度为Tn、T0时的热电势的代数和。Tn称中间温度。 应用：由于热电偶E-T之间通常呈非线性关系，当冷端温度不为0时，不能利用已知回路实际热电势E（t,t0）直接查表求取热端温度值；也不能利用已知回路实际热电势E（t,t0）直接查表求取的温度值，再加上冷端温度确定热端被测温度值，需按中间温度定律进行修正。初学者经常不按中间温度定律 参考电极定则 这个定律是专业人士才研究、关注的，一般生产、使用环节的人士不太了解，简单说明就是：用高纯度铂丝做标准电极，假设镍铬-镍硅热电偶的正负极分别和标准电极配对，他们的值相加是等于这支镍铬-镍硅的值。 常用
15、热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类 标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。 非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。补偿导线法 补偿导线法是利用0150 范围内与热电极热电特性相同的廉价金属材料，将热电偶的冷端延伸到温度更接近于0 且稳定的地方，如图1所示。图中A、B为热电极，A、B为补偿导线，C为第三种导体。 利用补偿导线，无论热电偶的实际冷端温度如何变化，消除了指示误差，完成了冷端温度补偿。 导线补偿法花费较低，但仍需要一个接近于零度
16、的恒温环境，所以此方法也不适用于箱式炉自动控温系统。 区别:1.虽然都是接触式测温仪表,但它们的测温范围不同,热电偶使用在温度较高的环境,如铂铑30-铂铑6(B型)测量范围为300度1600度,短期可测1800度.S型测一201300(短期1600),K型测一501000, (短期1200).XK型一50600(800),E型一40800(900).还有J型,T型等.这类仪表一般用于500度以上的较高温度,因它们在中,低温区时输出热电势很小(查表可以看一下),当电势小时,对抗干扰措施和二次表和要求很高,否则测量不准,还有,在较低的温度区域,冷端温度的变化和环境温度的变化所引起的相对误差就显得很
17、突出,不易得到全补偿。这时在中低温度时，一般使用热电阻测温范围为一200500,甚至还可测更低的温度(如用碳电阻可测到1K左右的低温).现在正常使用铂热电阻Pt100,(也有Pt50,100和50代表热电阻在0度时的阻值,在旧分度号中用BA1,BA2来表示,BA1在0度时阻值为46欧姆,在工业上也有用铜电阻,分度号为CU50和CU100,但测温范围较小,在一50150之间.在一些特殊场合还有铟电阻,锰电阻 等)2.热电偶测量温度的基本原理是热电效应.二次表是一个检伏计或为了提高精度时使用电子电位差计.电阻是基于导体和半导体的电阻值随温度而变化的特性而工作的,二次表是一个不平衡电桥.3.由热电偶
18、测温原理可知,只有在其冷端温度恒定时,被测温度才与热电势成单值函数关系.在实际使用中,就用一种热电特性与相应热电偶特性相似的廉价的连接导线(也称为补偿导线),使热电偶冷端引伸到温度相对恒定的地方(最好为0度),如用铜-康铜做补偿导线来引申镍铬-镍硅热电阻.因此,热电偶到二次表延长线是两根.热电阻与二次表之间是用铜导线连接的,为了减小环境变化引起的测量误差,一般均采用三线制接法,其中有两根导线将热电阻串联于相邻的两个桥臂上,另一根导线是引来电源.使用时要求每根导线的电阻值与调整电阻之和都保证为5欧姆(0.01).工作中的现场判断.1.热电偶. 热电偶有正负极,补偿导线也有正负之分.首先保证连接,
19、配置确.在运行中,常见的有短路,断路,接触不良(有万用表可判断)和变质(根据表面颜色来鉴别).检查时,要使热电偶与二次表分开.我在实践中判断的方法,供大家参考:用工具短接二次表上的补偿线,表指示室温(不是的话,表坏),再短接热电偶接线端子,表批示热电偶所在的环境温度(不是,补偿线有故障),再用万用表mv档大体估量热电偶的热电势(如正常,请检查工艺).2.热电阻.不外乎短路,和断路.用万用表可判断.在运行中.怀疑短路,只要将电阻端拆下一个线头,看显示仪表,如到最大,热电阻短路.回零,导线短路.保证正常连接和配置时,表值显示低或不稳,保护管可能性进水了.显示最大,热电阻断路.显示最小,短路.一般来
20、说，温度在300度以下的用热电阻，300度以上的用热电偶。随着温度的变化，热电阻的阻值会发生变化，热电偶的热电势会发生变化。热电阻目前都采用铜热电阻和铂热电阻，根据0度时热电阻值的不同又分为不同的分度号，如PT100,PT1000,CU50等，以PT100为例，PT代表铂，100代表0度时热电阻的阻值是100欧姆。热电偶目前大体上有K,B,S等分度号，分别代表不同的材质，以用于不同的温度范围。例如：K型为镍铬-镍硅材材，一般测量0-800度，B型为铂铑30-铂铑6，一般测量800-1600度。在实际应用中，热电阻一般用三芯铜导线，用于去除导线的电阻值的影响，热电偶使用两芯专用补偿导线，用于去除
21、热电偶现场温度的影响。热电阻和热电偶的区别 1、热电阻的测量原理是什么？ 热电偶工作原理是基于赛贝克（seeback）效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。热电偶由两根不同导线（热电极）组成，它们的一端是互相焊接的，形成热电偶的测量端（也称工作端）。将它插入待测温度的介质中；而热电偶的另一端 （参比端或自由端）则与显示仪表相连。如果热电偶的测量端与参比端存在温度差，则显示仪表将指出热电偶产生的热电动势。 2.热电偶的测量原理是什么？热电阻是利用金属导体或半导体有温度变化时本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
22、）是用细金属丝均匀地绕在绝缘材料作成的骨架上或通过激光溅射工艺在基片形成。当被测介质有温度梯度时，则所测得的温度是感温元件所在范围内介质层的平均温度。3.什么是铠装热电偶，有什么优点？在IEC1515的标准中名称为mineral insulated thermocouple cable,即无机矿物绝缘热电电偶缆。将热电极、绝缘物和护套通过整体拉制而形成的，外表面好像是被覆一层“铠装，故称为铠装热电偶。同一般装配式热电偶相比，具有耐压高、可弯曲性能好、抗氧化性能好及使用寿命长等优点。4.热电偶的分度号有哪几种?有何特点？热电偶的分度号有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等几种。其中S、R、B属
23、于贵金属热电偶，N、K、E、J、T属于廉金属热电偶。S分度号的特点是抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1400，短期1600。在所有热电偶中，S分度号的精确度等级最高，通常用作标准热电偶；R分度号与S分度号相比除热电动势大15%左右，其它性能几乎完全相同；B分度号在室温下热电动势极小，故在测量时一般不用补偿导线。它的长期使用温度为1600，短期1800。可在氧化性或中性气氛中使用，也可在真空条件下短期使用。N分度号的特点是1300下高温抗氧化能力强，热电动势的长期稳定性及短期热循环的复现性好，耐核辐照及耐低温性能也好，可以部分代替S分度号热电偶；K分度号的特点是抗氧化性
24、能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1000，短期1200。在所有热电偶中使用最广泛；E分度号的特点是在常用热电偶中，其热电动势最大，即灵敏度最高。宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，使用温度0-800；J分度号的特点是既可用于氧化性气氛（使用温度上限750），也可用于还原性气氛（使用温度上限950），并且耐H2及CO气体腐蚀，多用于炼油及化工；T分度号的特点是在所有廉金属热电偶中精确度等级最高，通常用来测量300以下的温度。5.热电阻的引出线方式有几种？都有什么影响？（YH热电阻的引出线方式有3种：即2线制、3线制、4线制。2线制热电阻配线简单，但要带进引线电阻的附加误差。因此不适
25、用制造A级精度的热电阻，且在使用时引线及导线都不宜过长。3线制可以消除引线电阻的影响，测量精度高于2线制。作为过程检测元件，其应用最广。4线制不仅可以消除引线电阻的影响，而且在连接导线阻值相同时，还可以消除该电阻的影响。在高精度测量时，要采用4线制。L6.N型热电偶与K型热电偶相比有哪些优缺点？N型热电偶的优点：-高温抗氧化能力强，长期稳定性强。K型热电偶镍铬的正极中Cr、Si元素择优氧化引起合金成分不均匀及热电动势漂移等，在N型热电偶增加Cr、Si含量，使镍铬合金的氧化模式由内氧化转变为外氧化，致使氧化反应仅在表面进行；-低温短期热循环稳定性好，且抑制了磁性转变；-耐核辐射能力强。N型热电偶取消了K型中的易蜕变元素Mn、Co，使抗中子辐照能力进一步加强；-在4001300范围内，N型热电偶的热电特性的线性比K型好。N型热电偶的缺点：-N型热电偶的材料比K型硬，较难加工；-价格相对较贵。N型热电偶的热膨胀系数要比不锈钢低15%，因此N型铠装热电偶的外套管应采用NiCrSi/NiSi合金；在-200400范围内非线性误差较大。7.如何选择热电偶和热电阻？根据测温范围选择：500以上一般选择热电偶，500以下一般选择热电阻；根据测量精度选择：对精度要求较高选择热电阻，对精度要求不高选择热电偶；根据测量范围选择：热电偶所测量的一般指“点温，热电阻所测量的一般指空间平均温度。