热工测量仪表-热能与动力工程实验教学示范中心

用
MnO2
、Mn
NO3
4
、CuO
、Cu
NO3
2
等化合物制造半导体热敏电阻时，得到的
是有负电阻温度系数的特性；当采用 NiO2 、 ZrO2 等化合物制造时，得到
的是有正温度系数的特性；另外还有些热敏电阻，当温度超过某一数值后，电阻
会急剧增加或减少。热敏电阻的温度特性见图4-3。
通常使用最多的是具有负稳固系数的热敏电阻，其电阻与温度的关系可以近似地
F带热电阻、热电偶的一体化温度变送器
和上述标准热电阻或热电偶的不同之处，在于采用一个专用集成电路把 热电阻或热电偶的输入信号（电阻或电势）转变成4～20mA的标准输出 信号，其中与热电偶相配用的集成电路还有冷端温度补偿性能。 有的专用集成电路还具有线性化功能，即将标准热电阻的电阻与温度之 间的非线性关系转变成变送器输出电流（4～20mA）与被测温度之间的 线性关系，或使热电偶所感受的温度与变送器输出电流（4～20mA）之 间呈线性关系。 专用集成电路的体积很小，因而可装在热电阻或热电偶得接线盒内。这 种集成电路的供电电压一般为直流24V，多采用二线制，即供电线也就是 输出信号线。一体化热电阻（热电偶）可省略过去常采用的温度变送器。 还有一种热电阻（热电偶）一体化温度变送器，其接线盒的体积增大， 可装入一只动圈表头，直接显示所测温度值，也可以装上用液晶显示的 表头，用数字显示所测温度值。装有显示仪表的一体化温度变送器可以 就地显示温度值。
适用范围：准确度要求不高、温度较低没有 腐蚀的场合，测量范围：－50到＋150摄氏度
缺点：250摄氏度以上易氧化，电阻率较小， 做成一定阻值的电阻体积就较大
温度特性：
通用：R t = R 0 ( 1 + A t + B t ²+ C t ³) 0到100摄氏度： R t = R 0 ( 1+ at )
这种一体化温度变送器可应于具大量温度测点的集控系统。
二、半导体热敏电阻
1半导体热敏电阻的材料和温度特性
用半导体热敏电阻作为感温元件来测量温度日趋广泛。半导体热敏电阻通
常是用铁、镍、锰、钼、钛、镁、铜等一些金属的氧化物、氯化物、碳酸盐做原
料 制 成 的。制 造 热 敏 电 阻 的 材 料 不 同，它 的 温 度 特 性 也 不同。当采
（1）云母骨架热电阻 （2）玻璃骨架热电阻 （3）陶瓷骨架热电阻 （4）塑料骨架热电阻
1. 3工业用热电阻的结构（续1）
1. 3工业用热电阻的结构（续2）
C引出线
由热电阻体至接线端子的连接导线称为引出线。内引线要选用纯度高,与电阻丝、 接线端子之间产生的热电势极小,而且在最高使用温度下不挥发、抗氧化、不 变质的材料。
公称值
R0
允 许误 差
R R100/ 0
名义 允 许
值
误差
测温 范围
基本误差
C 温 度 允许值( 0 )
范围
铜热 电阻
Cu50 WZC Cu100
铂热 电阻
Pt10 WZP
(IEC) Pt100
镍热 电阻
Ni100 WZN Ni300
Ni500
50
100
10 (0~850）
100
-（ 200~850 0 C）
(A)
-200
~850 (B)
t= (0.15+2 10 3 t)
t= （0.3+ 5 103 t)
-60～ t= (0.2 + 2
0
10-2 t)
t= (0.2 + 1
0～
10 -2 t)
180
1. 3工业用热电阻的结构
A绝缘骨架
绝缘骨架是用以缠绕、支撑和固定热电阻丝的支架。它的质量影响热电
有利于快速响应温度的变化） D电阻值与温度的关系近似线性，便于分度和读数 E复现性好、复制性强、容易得到纯净的物质 F价格便宜
1. 2标准化热电阻
A铂电阻 稳定性好、准确度高、性能可靠、适用氧化
性和高温氛围，不适用还原性气氛
ITS90规定在13.8033K到961.78摄氏度温域内 以铂电阻温度计作为标准仪器。
二、半导体热敏电阻（续1）
图 4-3 热敏电阻的温度特性
NTC—负温度系数热敏电阻； PTC—正温度系数热敏电阻；
CTR—临界温度热敏电阻
二、半导体热敏电阻（续2）
2半导体热敏电阻的 结构及应用
结构： 珠形（工业测量）、
圆片形、棒形
图 4-4 热敏电阻感温元件的结构
(a) 珠形热敏电阻；(b)涂敷玻璃的热敏电阻 ;(c)带玻璃保护套管的热敏电阻 1─金属氧化物烧结体； 2—铂丝； 3—玻璃； 4─ 杜美丝（代替铂丝）； 5 ─玻璃管
用下面的经验公式来表示：
B
RT Ae T
式中
T——热力学温度（K）ln B
RT
ln
RT0
1 1
T T0
R R eB
1 T
1 T0
T
T0
计算用出实B的验数的值方，法通分常别B测在得1在50T0～和5T0。00时K的范电围阻内。R由T和于BR值T随0 ，成代分入、式工（艺4等-1因1）素可影
响，变化很大，故这种热敏电阻必须个别分度。
1. 3工业用热电阻的结构（续3）
1. 3工业用热电阻的结构（续4）
1. 3工业用热电阻的结构（续5）
D铠装热电阻
将热电阻体（感温元件） 焊到由金属保护套管、 绝缘材料和金属导线三 者经拉伸而成的细管导 线上形成的，然后在外 面再焊一段短管做保护 套管，在热电阻体与保 护套管之间填满绝缘材 料，最后焊上封头，其 结构如右图4－2所示。
铂电阻的温度特性：
－200到0摄氏度:R t = R 0 [ 1 + At + Bt²+Ct³( t100) ]
0到850摄氏度： R t = R 0 ( 1 + At + Bt²)
1. 2标准化热电阻(续1)
B铜电阻
特点：电阻值与温度的关系几乎是线性的、 电阻温度系数较大、材料易提纯、价格相对 便宜
1. 3工业用热电阻的结构（续8）
E膜式铂电阻 为了提高铂电阻的抗震性和响应速度，
研制出模式铂电阻。
厚膜铂电阻：在一陶瓷基片上印制出条 状铂膜形成的。测温响应时间很小，为 0.1秒。
薄膜铂电阻：利用真空镀膜的方法将铂 镀在陶瓷基片上形成的，形状和厚膜的 差不多，但尺寸更小，响应时间更短。
1. 3工业用热电阻的结构（续9）
调节分压器使毫安表指示约为4mA（电流不可过大，以免热电阻发热过
大影响测量的准确性），将切换开关切向标准电阻RN的一边，读出电位
差计示值UN ;然后立即将切换开关切向接标准电阻的一边，读出电位差
二、半导体热敏电阻（续3）
半导体热敏电阻的测温范围：－100到＋300摄氏度， 与金属热电阻比优点是：
1电阻温度系数大，约为－（3～6）％，灵敏度高 2电阻率很大，可做体积小电阻大的电阻体，这样连
接导线电阻的变化影响可忽略
3结构简单，体积小，可以用来测量点的温度 4热惯性很小，响应快 缺点：
1. 3工业用热电阻的结构（续7）
表4－3 铠装热电阻的时间常数、引出线直径和电阻值
外径 时间常数 （mm） （s）
3
2
4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2.5
5
3
6
5
8
10
金属管套壁厚 （mm）
0.45
引出线直径 （mm）
0.4
0.60
0.4
0.75
0.4
0.90
0.5
1.00
0.5
引出线电阻 （欧姆）
0.75 0.75 0.75 0.50 0.50
t4
1. 2标准化热电阻(续2)
C镍电阻 优点：温度系数较大，因此灵敏度比铂和铜
高 缺点： 当温度高于200摄氏度温度系数有特异点 制造工艺复杂，很难获得温度系数相同的镍
丝，故准确度比铂低，制定标准困难 测量范围：－60到+180摄氏度
温度特性：R t=100 + At + Bt²+Ct 4
热电阻的构成：电阻体、绝缘管和保护套管。
1.1 金属测温电阻
1对金属测温电阻的要求
A电阻温度系数要大 电阻温度系数：温度变化1摄氏度时电阻值的相对变化量 材料的纯度越高，温度系数越大，故纯金属的温度系数比合金高 内应力会引起温度系数变化，故退火和老化处理减少内应力 B在测温范围内物理及化学性质稳定 C有较大的电阻率（有利于减少体积，从而减小热容量和热惯性，
工业用铂电阻用银丝作引出线,高温下则用镍丝作引出线。铜和镍电阻可用铜丝 和镍丝作引出线。引出线的直径比电阻丝的直径大的多,这样可以减小引出线 电阻。
国产热电阻的引出线有两线制、三线制和四线制。 (1)两线制:在热电阻体的电阻丝两端各连接一根导线（见图4-1，a）的引线 方式为两线制。这种热电阻测温时都存在引出线电阻变化产生的附加误差。 (2)三线制：在热电阻体的电阻丝的一端连接两根引出线，另一端连接一根 引出线（见图4-1,b）此种引出线方式称为三线制。测温时它可以消除引出线 电阻的影响，故测温准确度高于两线制热电阻。 (3)四线制：在热电阻体的电阻丝两端各连接两根引出线，称为四线制（见 图4-1，c）。在测温时，它不仅可以消除引出线电阻的影响，还可以消除连 接导线间接触电阻及其阻值变化的影响，四线制多用在标准铂热电阻的引出 线上。
热电偶大得多 3、输出是电信号，便于信号远传和实现
多点切换
一、金属测温电阻（续2）
测温原理：导体和半导体的电阻值会随温度变 化而变化，因而测量它们电阻值的变化就可达 到测温的目的。
实验表明：大多数金属当温度升高1摄氏度时， 电阻值要增加0.4%~0.6%，半导体的阻值要减 小3%~6%。