俄國(guó)物理學(xué)家楞次(發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)和電熱效應(yīng))與英國(guó)化學(xué)家戴維于1835年發(fā)現(xiàn)金屬在受熱時(shí)電阻會(huì)增大。1860年，德國(guó)的威廉·西門子將鉑絲纏繞在用黏土制作的圓柱上，并將其安裝在鐵管中作為測(cè)溫元件。但是不能在高溫環(huán)境中使用，因?yàn)樵诟邷叵聲?huì)將鉑絲污染而改變其阻值。1880年，克林達(dá)爾制作出初具現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的鉑電阻溫度計(jì)，并在1887年與定壓氣體溫度計(jì)進(jìn)行比較，從而得到了電阻-溫度關(guān)系式。這種測(cè)溫方法在1927年被上*個(gè)溫標(biāo)所采用。
熱電阻主要是利用溫度變化時(shí)傳感器電阻發(fā)生變化的原理測(cè)量溫度，熱電阻在常溫和較低溫區(qū)范圍內(nèi)的靈敏度比熱電偶更高。常見(jiàn)熱電阻按其制作的材料，主要分為鉑熱電阻、銅電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻等幾種。
一、鉑熱電阻
由于金屬鉑在氧化性介質(zhì)或高溫環(huán)境中具有較好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性，因此，利用鉑制作的鉑熱電阻溫度傳感器有較高的準(zhǔn)確度，它不僅作為工業(yè)上的測(cè)溫元件，也作為復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)的基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)。
1.鉑熱電阻的結(jié)構(gòu)
鉑熱電阻是利用鉑絲的電阻值隨著溫度的變化而變化這一基本原理設(shè)計(jì)和制作的。鉑熱電阻測(cè)溫范圍zui大可達(dá)到-200℃～850℃，根據(jù)用途劃分為幾種規(guī)格(也稱分度號(hào))，鉑熱電阻常見(jiàn)規(guī)格及其特性如表1所示。
<CTSM>表1鉑熱電阻常見(jiàn)規(guī)格及其特性</CTSM>
溫度感溫元件骨架的材質(zhì)也是決定鉑熱電阻使用溫度范圍的主要因素，常見(jiàn)的感溫元件有陶瓷元件、玻璃元件和云母元件，它們是由鉑絲分別繞在陶瓷骨架、玻璃骨架和云母骨架上，再經(jīng)過(guò)復(fù)雜的工藝加工而成。陶瓷元件適用于850℃以下溫區(qū)，玻璃元件適用于550℃以下溫區(qū)，云母元件一般常用于420℃以下溫區(qū)。圖1為陶瓷鉑熱電阻。
<CTSM>圖1陶瓷鉑熱電阻</CTSM>
近年來(lái)，市場(chǎng)上出現(xiàn)了大量的厚膜和薄膜鉑熱電阻感溫元件，厚膜鉑熱電阻感溫元件是用鉑漿料印刷在玻璃或陶瓷底板上，薄膜鉑熱電阻感溫元件是用鉑漿料濺射在玻璃或陶瓷底板上，再經(jīng)光刻加工而成，厚膜和薄膜鉑熱電阻感溫元件僅適用于-70℃～500℃溫區(qū)，但這種感溫元件用料省，可機(jī)械化大批量生產(chǎn)、效率高、價(jià)格便宜。圖2為薄膜鉑熱電阻。
<CTSM>圖2薄膜鉑熱電阻</CTSM>
就結(jié)構(gòu)而言，鉑熱電阻還可以分為工業(yè)鉑熱電阻和鎧裝鉑熱電阻。工業(yè)鉑熱電阻也叫裝配鉑熱電阻，即將鉑熱電阻感溫元件焊上引線組裝在一端封閉的金屬管或陶瓷管內(nèi)，再安裝上接線盒而成；鎧裝鉑熱電阻是將鉑熱電阻元件，過(guò)渡引線，絕緣粉組裝在不銹鋼管內(nèi)再經(jīng)模具拉實(shí)的整體。鎧裝鉑熱電阻具有體積小、內(nèi)部無(wú)空隙、熱慣性小、測(cè)量滯后小、機(jī)械性能好、耐振、抗沖擊、能彎曲、便于安裝、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
2.鉑熱電阻的連接方式
目前，鉑熱電阻引線的連接方式主要有3種:
(1)二線制:在鉑熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來(lái)引出電阻信號(hào)的方式叫二線制。這種引線方法很簡(jiǎn)單，但在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，無(wú)法消除引線電阻的影響，因此這種引線方式只適用于測(cè)量準(zhǔn)確度較低的場(chǎng)合。
(2)三線制:在鉑熱電阻根部的一端連接一根引線，根部的另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以部分消除引線電阻的影響，是工業(yè)過(guò)程控制中zui常用的。
(3)四線制:在鉑熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為鉑熱電阻提供恒定電流，再通過(guò)另兩根引線測(cè)量熱電阻的端電壓。這種方式可*消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)全都采用四線制。
二、銅熱電阻
鉑熱電阻溫度傳感器有較高的準(zhǔn)確度和靈敏度，性能*，但由于鉑是貴金屬，價(jià)格較貴。因此，在一些要求測(cè)量準(zhǔn)確度不高的場(chǎng)合，一般采用銅熱電阻取代鉑熱電阻測(cè)量溫度。由于銅較易提純、價(jià)格低廉，因此銅熱電阻目前也有較廣泛的應(yīng)用。
由于銅熱電阻的化學(xué)性質(zhì)較鉑活潑，溫度稍高就容易氧化。因此，銅熱電阻一般在低溫和沒(méi)有腐蝕性介質(zhì)的場(chǎng)合使用，工作溫區(qū)一般為-50℃～+150℃。
此外，由于銅的電阻率(ρCu=0.017Ωmm2/m)比鉑(ρPt=0.0981Ωmm2/m)小，所以制成電阻時(shí)，要求銅絲細(xì)，因此導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度降低；銅熱電阻體積一般也較鉑熱電阻大，因而也有較大的熱慣性。
銅熱電阻的分度號(hào)主要有Cu50和Cu100兩種。(未完待續(xù))
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