第二章温度测量-热电阻
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♀为什么要求制作热电阻的材料的电阻温 度系数要大？
半导体热敏电阻：半导体热敏电阻的阻值和温度的关系为：
RT AeB T
式中， RT 为温度T时对应的电阻值
A、B是取决于半导体材料和结构的常数
金属热电阻和半导体热敏电阻的比较：
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测量－200～500℃范围内的温
√ 度测量，其特点测量准确、稳定性好、性能可靠，在过程 控制领域中的应用极其广泛。
2、热电阻的材料与结构
从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这种性质，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、在使用的温度范围内 具有稳定的化学和物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要 有单值函数关系（最好呈线性关系）。
不考虑RH有 (RT RL )R2 (R3 RL )R1
若R1=R2，则
RT
R3 R1 R2
RL R2
(R1
R2 )
R3 R1 R2
2）用自动平衡电桥测电阻
3）用不平衡电桥测电阻
当热电阻置于被测被测介质中，且 被测介质的温度发生变化时，电桥 的平衡状态就被破坏，测量对角线 上输出不平衡电压Ucd,微安计指 示不平衡电流，其电流与热电阻 RT成一定的对应关系，读出电流 值便可知相应的电阻值，即可知被 测介质的温度。被测温度越高，电 桥的不平衡程度越大，这时电流表 的偏转角度也越大。
3.90802×10-3 ℃-1， B＝－ 5.802×10-7 ℃-2 , C= － 4.27350×10-12 ℃-4
2）铜电阻
• 特点：铜电阻的电阻值与温度的关系几乎是线性的，它 的电阻温度系数也比较大，而且材料容易提纯，价格比 较便宜，所以在一些测量准确度要求不是很高、而且温 度较低的场合，可使用铜电阻，它的测量范围是一50～ ＋ 150℃。铜电阻的缺点是：在250℃以上容易氧化， 因此只能用在低温及没有腐蚀性的介质中；铜的电阻率 ρ比较小，做成一定阻值的热电阻时体积就不可能很小。
3）镍电阻
镍电阻的温度系数α较大，因此其灵敏度比铂和铜的 高。当温度超过200℃时，α具有特异点，因此规定镍 电阻的使用温度范围为一60～＋180℃。镍电阻的电 阻很难比获R1得00α/R相0＝同1的.6镍1丝7。，由因于此镍它电的阻测的量制准造确工度艺比较铂复电杂阻， 低，制定标准很困难，我国虽已规定它为标准化热电 阻，但尚未制订出相应的标准分度表。它的分度号有 Ni100，Ni300，Ni500。
1-银引出线；2-铂丝；3锯齿形云母骨架；4-保护 用云母片；5-银绑带；6铜电阻横截面；7-保护套 管；8-石英骨架
铜电阻体结构
1-线圈骨架；2-铜热电 阻丝；3-补偿组；4-铜 引出线
（a）普通工业热电阻 1-接线盒；2-接线柱； 3-接线座；4-保护套管； 5-引出线；6-感温元件
(b) 铠装热电阻 1-感温元件；2-金属套管； 3-金属导线; 4-绝缘材料；
5-接线盒
热电阻的结构示意图
薄膜式及装配式铂热电阻
小型铂热电阻
防爆型铂热电阻
坚实的外壳起“隔爆”作 用
汽车用水温传感器及水温表 铜热电阻
3、热电阻的测温原 理
对于热电阻阻值的测量,在实验室常用手动电位差计和 手动平衡电桥,在工业上常采用不平衡电桥和自动平衡电 桥。 任何测量电阻的方法，都应注意： （1）通过热电阻的电流不能超过允许值； （2）连接导线的阻值要固定； （3）连接导线的接线方式要尽量能消除环境温度的影响 （采用三线制和四线制接线方式） 下面主要介绍电桥测量法。
对骨架材料的要求： 1）电绝缘性能好； 2）足够的机械强度； 3）体积膨胀系数小，以免给热阻丝造成应力； 4）对电阻丝无化学作用。
引线的要求： 1）电阻小，且电阻-温度系数很小； 2）与热电阻丝连接处的热电势小。
保护套管的要求：免遭有害气体的腐蚀和沾污，以 及机械损伤。
1
2
3铂电阻体结构
1）用手动平衡电桥测电阻
两线制：热电阻用两根引线与显示仪表相连接。由于热电阻安装在 被测介质的现场，显示仪表安装在仪表室内，环境温度变 化生测导附量致加误连误差接差。导。可线 为 以的 减 采电 少 用阻 线 三路 线RL电 制也阻 。变R化L随，环使境平温衡度电变桥化被而破带坏来，的产
三线制：热电阻用三根导线与显示仪表连接。
第四节 热电阻及其测温原理
❖ 热电阻的测温原理 ❖ 工业上常用的金属热电阻 ❖ 热电阻的信号连接方式 ❖ 热电阻的结构型式
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，在较低的温度区域，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。
当线路电阻相等，且电桥平衡时，桥臂电阻有以下的关系
两线制 (RT 2RL RH1)R2 R3 (R1 RH 2 )
在讨论线路电阻时暂不考虑RH的影响，则有
(RT 2RL )R2 R3R1 即
RT
R3 R1 R2
2RL
三线制 (RT RL RH1)R2 (R3 RL )(R1 RH 2 )
• 纯度：我国规定工业用铜电阻的R100/R0＝1.428。
• 分度号：铜电阻的分度号是Cu50和Cul00，表示其R0分 别为50Ω及100Ω。
• 分度关系：铜电阻在其测量范围内的温度特性
可用下式表示： RT=R0 (1 + AT + BT2 +CT3)
式中 RT——T℃时的电阻值； R0——0℃时的电阻值 A， B， C——常数，对于工业用铜电阻， A
式中， RT 为温度T时对应的电阻值;R0 为温度T0(通常T0＝0℃)时对应的电阻值
为温度系数。
电阻温度系数的定义是：温度变化l℃时电阻值 的相对变化量，用α来表示，单位是℃-1，根据定 义，α用下式表示：
dR R0 1 dR
dT R0 dT
一般材料的温度系数α并非常数，在不同的温 度 （ 其 电阻中R下0值R具×1。1有000表不0）示同代1的0表数0℃0值～时。1的0因0电此℃阻常之值用间，（的RR平0表10均0示－温0R度℃0系）时数的／，
4）工业用热电阻的结构
由热电阻体、引出线、绝缘骨架、 保护套管、接线盒等部分组成。其 中保护套管和接线盒的外形及其功 能、要求和热电偶基本相同。
1、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 热电阻的技术性能。
2．热电阻体
3、引出线 （l）两线制 （2）三 线制 （3）四线制
• 分度关系：铂电阻的温度特性可用下列二式表示：
在-200～0℃之间 RT=R0 [1 + AT + BT2 + CT3(T-100)]
在 0～ 850℃之间 RT=R0 (1 + AT + BT2)
以上两式中 RT——T℃时的电阻值； R0——0℃时的电阻值； A， B， C——常数，对于工业用铂电阻，A＝
1、热电阻的测温原理
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，只要测出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出被 测温度。 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：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：
RT R0[1 (T T0 )]
1） 铂电阻 • 特点：稳定性好、准确度高、性能可靠，在还原性气氛中，特别是在 高温下很容易被还原性气体污染，铂丝将变脆，并改变了电阻与温度 间的关系；
• 纯度要求：铂的纯度常以R100/R0来表示。对于工业用铂电阻，规定 其R100/R0为1.385；
• 分度号：Pt10和Pt100；（注意10和100的含义）
热电阻的两线制接法示意 热电阻引线的三线制接法示意
对Ni100而言，它的温度特性为
RT=100 + AT + BT2 +CT4
式阻中，：AA＝，0B.，54C8为5℃常-数1；，B对＝于0R.616005/×R10＝0-13 .℃61-18；的镍电 C＝2.805×10-9℃-4 。
学习查“铂热电阻分度表”
1. Pt100在 40℃时为多少欧？2.铂热电阻是否线性？
＝4.28899×10-3 ℃-1,B＝－ 2.133×10-7 ℃-2， C＝1.233×10-9 ℃-3 。
由于铜电阻的特性在0～100℃之间基本上是线 性的，所以在0～100℃之间的温度特性可以用 下式表示：
RT=R0 (1 + αT） 式中 α—— 0～100℃之间的温度系数，等于
4.28×10-3 ℃-1 。
半导体热敏电阻：半导体热敏电阻的阻值和温度的关系为：
RT AeB T
式中， RT 为温度T时对应的电阻值
A、B是取决于半导体材料和结构的常数
金属热电阻和半导体热敏电阻的比较：
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测量－200～500℃范围内的温
√ 度测量，其特点测量准确、稳定性好、性能可靠，在过程 控制领域中的应用极其广泛。
2、热电阻的材料与结构
从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这种性质，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、在使用的温度范围内 具有稳定的化学和物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要 有单值函数关系（最好呈线性关系）。
不考虑RH有 (RT RL )R2 (R3 RL )R1
若R1=R2，则
RT
R3 R1 R2
RL R2
(R1
R2 )
R3 R1 R2
2）用自动平衡电桥测电阻
3）用不平衡电桥测电阻
当热电阻置于被测被测介质中，且 被测介质的温度发生变化时，电桥 的平衡状态就被破坏，测量对角线 上输出不平衡电压Ucd,微安计指 示不平衡电流，其电流与热电阻 RT成一定的对应关系，读出电流 值便可知相应的电阻值，即可知被 测介质的温度。被测温度越高，电 桥的不平衡程度越大，这时电流表 的偏转角度也越大。
3.90802×10-3 ℃-1， B＝－ 5.802×10-7 ℃-2 , C= － 4.27350×10-12 ℃-4
2）铜电阻
• 特点：铜电阻的电阻值与温度的关系几乎是线性的，它 的电阻温度系数也比较大，而且材料容易提纯，价格比 较便宜，所以在一些测量准确度要求不是很高、而且温 度较低的场合，可使用铜电阻，它的测量范围是一50～ ＋ 150℃。铜电阻的缺点是：在250℃以上容易氧化， 因此只能用在低温及没有腐蚀性的介质中；铜的电阻率 ρ比较小，做成一定阻值的热电阻时体积就不可能很小。
3）镍电阻
镍电阻的温度系数α较大，因此其灵敏度比铂和铜的 高。当温度超过200℃时，α具有特异点，因此规定镍 电阻的使用温度范围为一60～＋180℃。镍电阻的电 阻很难比获R1得00α/R相0＝同1的.6镍1丝7。，由因于此镍它电的阻测的量制准造确工度艺比较铂复电杂阻， 低，制定标准很困难，我国虽已规定它为标准化热电 阻，但尚未制订出相应的标准分度表。它的分度号有 Ni100，Ni300，Ni500。
1-银引出线；2-铂丝；3锯齿形云母骨架；4-保护 用云母片；5-银绑带；6铜电阻横截面；7-保护套 管；8-石英骨架
铜电阻体结构
1-线圈骨架；2-铜热电 阻丝；3-补偿组；4-铜 引出线
（a）普通工业热电阻 1-接线盒；2-接线柱； 3-接线座；4-保护套管； 5-引出线；6-感温元件
(b) 铠装热电阻 1-感温元件；2-金属套管； 3-金属导线; 4-绝缘材料；
5-接线盒
热电阻的结构示意图
薄膜式及装配式铂热电阻
小型铂热电阻
防爆型铂热电阻
坚实的外壳起“隔爆”作 用
汽车用水温传感器及水温表 铜热电阻
3、热电阻的测温原 理
对于热电阻阻值的测量,在实验室常用手动电位差计和 手动平衡电桥,在工业上常采用不平衡电桥和自动平衡电 桥。 任何测量电阻的方法，都应注意： （1）通过热电阻的电流不能超过允许值； （2）连接导线的阻值要固定； （3）连接导线的接线方式要尽量能消除环境温度的影响 （采用三线制和四线制接线方式） 下面主要介绍电桥测量法。
对骨架材料的要求： 1）电绝缘性能好； 2）足够的机械强度； 3）体积膨胀系数小，以免给热阻丝造成应力； 4）对电阻丝无化学作用。
引线的要求： 1）电阻小，且电阻-温度系数很小； 2）与热电阻丝连接处的热电势小。
保护套管的要求：免遭有害气体的腐蚀和沾污，以 及机械损伤。
1
2
3铂电阻体结构
1）用手动平衡电桥测电阻
两线制：热电阻用两根引线与显示仪表相连接。由于热电阻安装在 被测介质的现场，显示仪表安装在仪表室内，环境温度变 化生测导附量致加误连误差接差。导。可线 为 以的 减 采电 少 用阻 线 三路 线RL电 制也阻 。变R化L随，环使境平温衡度电变桥化被而破带坏来，的产
三线制：热电阻用三根导线与显示仪表连接。
第四节 热电阻及其测温原理
❖ 热电阻的测温原理 ❖ 工业上常用的金属热电阻 ❖ 热电阻的信号连接方式 ❖ 热电阻的结构型式
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，在较低的温度区域，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。
当线路电阻相等，且电桥平衡时，桥臂电阻有以下的关系
两线制 (RT 2RL RH1)R2 R3 (R1 RH 2 )
在讨论线路电阻时暂不考虑RH的影响，则有
(RT 2RL )R2 R3R1 即
RT
R3 R1 R2
2RL
三线制 (RT RL RH1)R2 (R3 RL )(R1 RH 2 )
• 纯度：我国规定工业用铜电阻的R100/R0＝1.428。
• 分度号：铜电阻的分度号是Cu50和Cul00，表示其R0分 别为50Ω及100Ω。
• 分度关系：铜电阻在其测量范围内的温度特性
可用下式表示： RT=R0 (1 + AT + BT2 +CT3)
式中 RT——T℃时的电阻值； R0——0℃时的电阻值 A， B， C——常数，对于工业用铜电阻， A
式中， RT 为温度T时对应的电阻值;R0 为温度T0(通常T0＝0℃)时对应的电阻值
为温度系数。
电阻温度系数的定义是：温度变化l℃时电阻值 的相对变化量，用α来表示，单位是℃-1，根据定 义，α用下式表示：
dR R0 1 dR
dT R0 dT
一般材料的温度系数α并非常数，在不同的温 度 （ 其 电阻中R下0值R具×1。1有000表不0）示同代1的0表数0℃0值～时。1的0因0电此℃阻常之值用间，（的RR平0表10均0示－温0R度℃0系）时数的／，
4）工业用热电阻的结构
由热电阻体、引出线、绝缘骨架、 保护套管、接线盒等部分组成。其 中保护套管和接线盒的外形及其功 能、要求和热电偶基本相同。
1、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 热电阻的技术性能。
2．热电阻体
3、引出线 （l）两线制 （2）三 线制 （3）四线制
• 分度关系：铂电阻的温度特性可用下列二式表示：
在-200～0℃之间 RT=R0 [1 + AT + BT2 + CT3(T-100)]
在 0～ 850℃之间 RT=R0 (1 + AT + BT2)
以上两式中 RT——T℃时的电阻值； R0——0℃时的电阻值； A， B， C——常数，对于工业用铂电阻，A＝
1、热电阻的测温原理
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，只要测出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出被 测温度。 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：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：
RT R0[1 (T T0 )]
1） 铂电阻 • 特点：稳定性好、准确度高、性能可靠，在还原性气氛中，特别是在 高温下很容易被还原性气体污染，铂丝将变脆，并改变了电阻与温度 间的关系；
• 纯度要求：铂的纯度常以R100/R0来表示。对于工业用铂电阻，规定 其R100/R0为1.385；
• 分度号：Pt10和Pt100；（注意10和100的含义）
热电阻的两线制接法示意 热电阻引线的三线制接法示意
对Ni100而言，它的温度特性为
RT=100 + AT + BT2 +CT4
式阻中，：AA＝，0B.，54C8为5℃常-数1；，B对＝于0R.616005/×R10＝0-13 .℃61-18；的镍电 C＝2.805×10-9℃-4 。
学习查“铂热电阻分度表”
1. Pt100在 40℃时为多少欧？2.铂热电阻是否线性？
＝4.28899×10-3 ℃-1,B＝－ 2.133×10-7 ℃-2， C＝1.233×10-9 ℃-3 。
由于铜电阻的特性在0～100℃之间基本上是线 性的，所以在0～100℃之间的温度特性可以用 下式表示：
RT=R0 (1 + αT） 式中 α—— 0～100℃之间的温度系数，等于
4.28×10-3 ℃-1 。