热电阻测温原理及常见故障

在工业应用中，热电偶一般适用于测量500℃以上的较高温度。对于500℃以下的中、低温度，热电偶的输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等的要求就很高，否则难以实现精确测量；而且，在较低温区域，冷端温度的变化所引起的相对误差也非常突出。所以测量中、低温度一般使用热电阻温度测量仪表较为合适。 1、 热电阻的测温原理

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。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。

2、 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=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。

3、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。

（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。

4、 热电阻的结构形式

和热电偶温度传感器相类似，工业上常用的热电阻主要有普通装配式热电阻和铠装热电阻两种型式。

普通通装配式热电阻是由感温体、有锈钢外保护管、接线盒以及各种用途的固定装置级成，安装固定装置有固定外螺纹、活动法兰盘、固定法兰和带固定螺栓锥形保护管等形式。铠装热电阻外保护套管采用不锈钢，内充高密度氧化物绝缘体，具有很强的抗污染性能和优良的机械强度。与前者相比，铠装热电阻具有直径小、易弯曲、抗震性好、热响应时间快、使用寿命长的优点。

对于一些特殊的测温场合，还可以选用一些专业型热电阻，如，测量固体表面温度可以选用端面热电阻，在易燃易爆场合可以选用防爆型热电阻，测量震动设备上的温度可以选用带有防震结构的热电阻等

2线、3线、4线热电阻测温原理有何区别

与热电阻连接的检测设备（温控表、PLC输入等）都有四个接线端子。I+、I-、V+、V-。

其中，I+、I-端是为了给热电阻提供恒定的电流，V+、V-是用来监测热电阻的电压变化，依次检测温度变化。

4线就是从热电阻两端引出4线，和4个端子连接。 3线就是引出3线，这需要检测设备方的I-\\V-短接。

2线就使引出2线，这需要检测设备方的I-\\V-、I+/V+短接。

测温原理都一样，只是接线区别

测温原理都一样，只是接线区别。

应该说，电流回路和电压测量回路是否分开接线的问题。

2线，电流回路和电压测量回路合二为1，精度差。

3线，电流回路的参考位和电压测量回路的参考位为一条线。精度稍好。

4线，电路回路和电压测量回路独立分开，精度高，但费线。

热电阻基本知识—热电阻测温原理及材料

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。

一、热电阻测温原理及材料

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，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造热电阻。

1、铂热电阻的温度特性

（1）在0~850℃范围内：

（2）在-200~0℃范围内：

式中A、B、C的系数各为： A=×10-3C-1 ；B=×10-7C-2 C=×10-12C-4

铂电阻阻值与温度的分度关系由止两式决定。

2、铜热电阻的温度特性

在-50~150℃范围内：

式中 A=×10-3C-1；B=×10-7C-2；C=×10-9C-3

铜电阻和温度的分度关系由上式决定，铂热电阻和铜热电阻的技术性能见表1-1

表1-1常用热电阻的技术性能

温度为0℃时名称 分度号 温度范围℃ 阻值R0，Ω Pt10 Pt50 10± 50± 电阻比 主要特点 R100/R0 ± ± 测量精度高,稳定性好,可作为基准仪铂电阻(WZP) -200~850 Pt100 100± ± 器 稳定性好,便宜;但体积Cu50 50± ± 标准热电阻 铜电阻(WZC) Cu100 -50~150 100± ± 大,机械强度较低 Ni100 Ni300 100± 300± ± ± 灵敏度高,体积小;但稳定性和复制性Ni500 500± ± 较差 复现性较好,在~15K温度范围内,灵敏镍电阻(WZN) -60~180 铟电阻 低温热电阻 ~90K 100 度比铂电阻高十倍;但复制性较差,材质软,易变形 20、50或100 铑铁热电阻 2~300K R273k约为 有较高的灵敏度,复现性好,在~20K温度范围内可作精测量;但长期稳定性和复制性较差 热响应好、自然小，机械性能好，温度低于铂钴热电阻 2~100K 100 R273k约为 300K时，灵敏度大大高于铂；但不能作为标准温度计

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二、热电阻测温系统的组成

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。

三、热电阻故障原因及处理方法

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。热电阻测温系统在运行中常见故障及处理方法见表3-1。

表3-1热电阻测温系统常见故障及处理方法

可能原因 处理方法 故障现象 显示仪表指示值比实际值保护管内有金属屑、灰尘、接线柱间除去金属，清扫灰尘、水滴等，找脏污及热电阻短路（水滴等） 到短路点，加强绝缘等 低或示值不稳 显示仪表批示无穷大 热电阻或引出线断路及接线端子松开更换电阻体，或焊接及拧紧线螺丝等 等 阻值与温度关系有变化 热电阻丝材料受腐蚀变质 更换电阻体（热电阻） 显示仪表与热电阻接线有错，或热电显示仪表指示负值 阻有短路现象 改正接线，或找出短路处，加强绝缘