(三)熱電阻測(cè)溫

1.熱電阻測(cè)溫的工作原理

熱電偶用于500℃以下的溫度測(cè)量其靈敏度較低，故在-200～600℃的溫度范圍內(nèi)多采用熱電阻測(cè)溫，尤其在低溫測(cè)量中更是如此。熱電阻測(cè)溫的工作原理是基于金屬導(dǎo)體和非金屬半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。眾所周知，大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的關(guān)系為

對(duì)于另一類的半導(dǎo)體熱敏電阻的測(cè)溫原理是基于半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。不同的半尋體有不同的物理特性，由此根據(jù)其工作原理，熱敏電阻有三大類，即負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(Negative Temperature Coefficient，NTC)、正溫度系數(shù)熱敏電阻(Pos-itive Temperature Coefficient，PTC)和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻(Critical Temperature Coefficient，CTR)。其中，NTC的電阻值隨溫度的升高而變小，是應(yīng)用最廣泛的熱敏電阻。在工作溫度范圍內(nèi)，NTC的電阻隨溫度變化的關(guān)系為

式(2-5)表明，a隨溫度降低而迅速增大。如果B值為4000K，當(dāng)丁=293.15K時(shí)，a=0.047℃-1，約為鉑電阻a值的12倍，因此與熱電阻相比，NTC具有靈敏度高的特點(diǎn)。熱敏電阻的尺。通常可達(dá)數(shù)百千歐，測(cè)溫系統(tǒng)的引線電阻幾乎沒有影響。另外，熱敏電阻還具有體積小的優(yōu)點(diǎn)。

2.金屬熱電阻溫度計(jì)

使用較多的金屬熱電阻材料有鉑、銅和鎳，它們的主要性能見表2-4。其中鉑是一種較為理想的熱電阻材料，它的物理化學(xué)性質(zhì)能在高溫和氧化環(huán)境中保持穩(wěn)定，并且在很寬的溫度范圍內(nèi)保持良好的性能特征。銅作為熱電阻材料的優(yōu)點(diǎn)是電阻溫度系數(shù)大、線性度好、易加工、來(lái)源廣、價(jià)格使宜;缺點(diǎn)是電阻率小、易氧化、機(jī)械強(qiáng)度低。鎳熱電阻的靈敏度高，在常溫下化學(xué)穩(wěn)定性高，但是提純困難，不易獲得。我國(guó)主要生產(chǎn)鉑電阻和銅電阻。

在金屬熱電阻溫度計(jì)中，鉑電阻溫度計(jì)測(cè)溫范圍最大，為-200～850℃。由于鉑電阻溫度計(jì)的阻值與溫度呈非線性關(guān)系，故其阻值隨溫度的變化關(guān)系通常分段處理，即

銅電阻溫度計(jì)的阻值與溫度之間呈線性關(guān)系，電阻溫度系數(shù)比較大，一般的測(cè)溫范圍為-50～150℃，測(cè)溫在上限時(shí)，銅電阻容易氧化。由于銅電阻溫度計(jì)的價(jià)格比鉑電阻溫度計(jì)低很多，因此很適合測(cè)量那些精確度要求不高、溫度又較低的場(chǎng)合。

金屬熱電阻在應(yīng)用中可分為普通型熱電阻、鎧裝熱電阻、薄膜熱電阻和隔爆型熱電阻等。鎧裝熱電阻是將電阻體、引線、絕緣材料、不銹鋼套管等組合在一起形成一個(gè)堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為2～8mm，最小可達(dá)1mm;與普通型熱電阻相比，鎧裝熱電阻具有體積小、內(nèi)部無(wú)空氣隙、測(cè)量滯后小、機(jī)械性能好、耐振、抗沖擊、能彎曲、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。薄膜熱電阻一般采用很薄的導(dǎo)熱性能好的氧化鈹作基底，熱電阻采用電阻絲或用蒸發(fā)以及噴涂的方法形成的微米級(jí)薄膜，測(cè)溫范圍在400℃以下，采用薄膜熱電阻能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量軸瓦或其他機(jī)件的端面溫度。隔爆型熱電阻通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，以防引起生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)爆炸。

熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成，如圖2-9所示。熱電阻是通過(guò)其阻值隨溫度變化來(lái)測(cè)量溫度的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來(lái)影響。為消除導(dǎo)線電阻的影響一般采用三線制或四線制的連線方式，而不是采用簡(jiǎn)單的兩線制連接方式，如圖2-10所示。

3.半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)

半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)主要以鐵、鎳、錳、鉬、鈦、鎂、銅等一些金屬氧化物為原料，在低溫測(cè)量中用鍺、硅、砷化鎵等摻雜后做成半導(dǎo)體。

半導(dǎo)體熱敏電阻的種類和型號(hào)很多。除了測(cè)溫外，正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC具有響應(yīng)時(shí)間短，使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，使用時(shí)只發(fā)熱，不發(fā)紅，無(wú)明火，不易燃燒，常用作恒溫、調(diào)溫和控溫傳感器;臨界溫度系數(shù)熱敏電阻CTR則是一種具有開關(guān)特性的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，它是釩、鋇、鍶、磷等元素氧化物的混合燒結(jié)體，是一種半玻璃狀的半導(dǎo)體，也稱為玻璃態(tài)熱敏電阻。表2-5給出了半導(dǎo)體熱敏電阻常用型號(hào)的主要特征參數(shù)。

在應(yīng)用上常將作為感溫元件的半導(dǎo)體熱敏電阻和相關(guān)的測(cè)量電路集成在一芯片上構(gòu)成集成電路溫度傳感器。集成電路溫度傳感器具有線性好、精確度適中、靈敏度高、體積小、成本低廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。集成電路溫度傳感器主要適用于-50～150℃范圍內(nèi)溫度的測(cè)量，輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。

電壓輸出型集成電路溫度傳感器電路原輸入理如圖2-11所示，其主要優(yōu)點(diǎn)是：直接輸出電壓，且輸出阻抗低，易于和讀出或控制電路接口，靈敏度一般為10mV/K.0℃時(shí)輸出為0，25℃時(shí)輸出2.982V。

電流輸出型集成電路溫度傳感器以電流作為輸出量，其輸出阻抗很大，適用于多點(diǎn)溫度測(cè)量。