温度计量―热电阻

[摘 要]热电阻是低温区最常用的一种温度传感器。它主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。本文主要讲述可热电阻的工作原理、接线方式、种类及常见故障分析。

[关键词]热电阻；工作原理；接线方式；种类；常见故障分析。

中图分类号：TH811 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）48-0338-01

引言

温度是度量物体冷热成的物理量，在生产和科学试验中占有极其重要的地位，常见的测温方法有辐射式测温法、热电偶、热电阻测温法等。热电阻是一种非常简单测量元件，在各种工作环境中都可以看到它。然而很多从事热工仪表工作的人员，都不太清楚热电阻的工作原理，下面从热电阻的工作原理引申出相关的一些问题，以提高从业人员的重视程度。

1 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，即电阻体的阻值随温度变化而变化的特性。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。金属热电阻的阻值和温度一般可以用以下近似关系式表示，即Rt=Rt0[1+a（t-t0）] 式中Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应的电阻值；a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。

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、电阻随温度变化要有函数关系（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，温度越高电阻值变化越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度系数大，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，它们的分度号分别为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。

2 接线方式

热电阻按照接线方式可分为三种：

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，电阻的大小与导线的材质和长度等因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合；

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，是工业过程控制中最常用的引线方式；

四线制：在热电阻的根部两端各连接两根引线的方式称为四线制，其中两根引线的热电阻提供恒定的电流，把电阻转换成电压信号，再通过另两根引线把电压引至二次仪表。可见这种接线方式完全消除了引线的电阻影响，主要用于高精度的温度测量。

热电阻的三种接线方式在原理上的不同：二线制和三线制是用电桥法测量，最后给出的是温度值与模拟量输出值得关系。四线制没有电桥，完全只是用恒流源发送，电压计测量，最后给出测量电阻值。

不同的接线方式对测量精度的影响：二线制电流回路和电压测量合二为一，精度差（二线制的误差主要是电流回路在电缆中产生一定的压降造成的测量误差）。三线制，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；四线制，电路回路和电压测量回路独立分开，精度高，但费用贵。

连接导线的电阻和接触电阻会对Pt100铂电阻测温精度产生较大影响，铂电阻三线制或四线制接线方式能有效的消除这种影响。

3 热电阻种类

热电阻可以分为以下四种：

1） 普通型热电阻

从热电阻的测温原理可知，被测温度变化是直接通过热电阻的变化来测量的，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。

2） 铠装热电阻

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。与普通型热电阻相比，它有下列优点：体积小，内部无空隙，热惯性上，测量滞后小；机械性能好、耐震，抗冲击；能弯曲，便于安装；使用寿命长。

3） 端面热电阻

端面热电阻感温原件由特殊处理的电阻丝绕制，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，生产现场不会引起爆炸，隔爆型热电阻可用于B1a～B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。

4 常见故障及分析

一般情况下，热电阻在应用过程中是比较顺利的，但有时也可能出现故障，而其中最为常见的就是断路和短路。而断路，通常都是因为热电阻丝太细所导致的，下面我们来简单了解一下热电阻的短路与断路问题处理方法。

断路和短路一般很容易就可判断出，只需一块万用表便可。即用万用表的“×1Ω”档进行测量，如测得阻值小于R0，则可能是短路；若测量指示为无穷大，那么可判定断路。其中短路较易处理，只要不影响电阻丝长短和粗细，找到短路处进行吹干，加强绝缘便可。如果是断路的话，那么处理时必须要改变电阻丝的长短从而就会影响电阻值，所以只有更换新的电阻体，但要采用焊接修理的话，焊接后要校验合格后才能使用。

另外，如果热电阻显示仪表的显示值比实际值低或示值不稳的话，那么可能是保护管内有脏污，因此主要除去脏污便可。但如果指示出现负值的话，那么可能是热电阻接线错误或热电阻短路，所以只要改正接线、处理好短路处就可以继续使用。

热电阻在使用中，除了上述短路和断路的问题之外，还有以下几种常见故障：

下面分析四种常见的故障现象及处理方法：

1、故障现象：显示热电阻的指示值比实际值低或示值不稳；

可能原因：保护管内有金属屑、灰尘、接线柱间脏污及热电阻短路；

处理方法：除去金属屑，清扫灰尘、水滴等，找到短路点加强绝缘。

2、故障现象：热电阻的表指示无穷大；

可能原因：热电阻或引出线短路或接线端子松开等；

处理方法：更换电阻体或焊接、拧紧接线螺丝等。

3、故障现象：显示仪表指示负值；

可能原因：显示仪表与热电阻接线有错或热电阻有短路现象；

处理方法：改正接线，或找出短路处，加强绝缘。

4、故障现象：热电阻值与温度关系有变化；

可能原因：热电阻丝材料腐蚀变质；

处理方法：更换热电阻。

结束语

目前，热电阻普遍应用于工业生产中，通过本文能让你了解热电阻的测温原理、引线的接线方式、种类及常见故障分析。

参考文献

【1】 郭妍、王明辉，热电阻的应用，黑龙江：科技论坛。

【2】 JJG229-2010《工业铂、铜电阻检定规程》。