热工测量仪表-热能与动力工程实验教学示范中心

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同一型号热敏电阻的电阻温度特性分散性大，互换 性差
2电阻和温度的关系不稳定，随时间变化
三、热电阻的校验
热电阻在投入使用之前要进行校验，在投入使用 后也要定期校验，以便检查和确定热电阻的准确 度。
定点法：工作基准或标准热电阻采用，即在几种 物质的相平衡点温度下进行校验，国家有统一的 规程。
100 300 500
0.05
0.1 A级 0.006 B级 0.012 A级 0.006 B级 0.012
0.1 0.3 0.5
- - 50~ 50~ t = （0.3+ 6
1.428 0.002 150 150
3 10 t)
1.385 1.617
-200
0.001 ~850
-60~
0.003 180
比较法：工业上常用。
校验常用设备包括：标准玻璃温度计一套（或标 准铂电阻温度计）；加热恒温器一套（－50～＋ 500摄氏度）；标准电阻（10或100欧姆）一只； 电位差计一台；分压器和切换开关各一个。
三、热电阻的校验（续1）
校验时按以下步骤进行： 1）按图4-5接线，并检查是否正确。 2）将电阻体放在恒温器内，使之达到校验点温度并保持恒温，然后
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。
图 4-2 铠装热电阻
1—金属套管；2—感温元件； 3—绝缘材料；4—引出线
1. 3工业用热电阻的结构（续6）
铠装热电阻的优点为： （1）外径尺寸很小，最小可达1mm,因此其热惯性小， 响应速度快。 （2）机械性能好，可耐强烈的震动和冲击。 （3） 除感温元件外，其他部分可任意弯曲，适合在复 杂结构中安装。 （4）由于感温元件与金属套管、绝缘材料形成一密封实 体，不易受到有害物质的侵蚀，因此寿命比普通热电阻 长。 铠装热电阻的外径一般为2～8mm，最小可做到1mm,保 护套管用不锈钢制成，绝缘材料为氧化镁粉。它的温度 测量范围、基本误差、等和普通热电阻的要求一样。他 的时间常数、引出线直径及引出线电阻值见表4-3。
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）
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
2.5
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
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。
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。
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，
(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
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
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
公称值
R0
允 许误 差
R R100/ 0
名义 允 许
值Fra Baidu bibliotek
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）
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。
（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。
热工测量仪表
——电阻温度计
一、金属测温电阻
工业上广泛应用：－200～＋500摄氏度 特殊情况：
低温可到平衡氢三相点温度（13.8033K）
甚至可更低：
铟电阻温度计3.4K
碳电阻温度计1K
高温可到1000摄氏度
一、金属测温电阻（续1）
电阻温度计的特点： 1、准确度高 2、灵敏度高 在中低温（500摄氏度）下，输出信号比
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。
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
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%。
电阻温度计的构成：热电阻、显示仪表和连接 导线。
1. 2标准化热电阻(续3)
D其它低温用热电阻 难点：金属一旦处于低温，其电阻将要
变得很小，有些热电阻的灵敏度也降至 很低。 d1铑铁热电阻：30K以下温度系数很大， 可用于30K以下测深低温 d2铂钴热电阻，在低温下灵敏度也较大， 可测低温和深低温
表 4-1
热电 阻名 称
代号
分度号
工业用热电阻的技术性能
阻的技术性能。对骨架材料有以下要求:
（1）在使用的温度范围内,电绝缘性能要好,比热容要小,热导率要大; （2）温度膨胀系数要接近电阻丝的温度膨胀系数； （3）物理及化学性质稳定,不产生有害物质污染电阻丝； （4）有足够的机械强度及良好的工艺性能。
目前常用的骨架材料有云母、玻璃、石英、陶瓷以及塑料。
B热电阻体
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
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 )
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
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