(三)熱電阻測溫

1.熱電阻測溫的工作原理

熱電偶用于500℃以下的溫度測量其靈敏度較低，故在-200～600℃的溫度范圍內(nèi)多采用熱電阻測溫，尤其在低溫測量中更是如此。熱電阻測溫的工作原理是基于金屬導體和非金屬半導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)金屬導體的電阻隨溫度變化的關系為

對于另一類的半導體熱敏電阻的測溫原理是基于半導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，當丁=293.15K時，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。熱敏電阻的尺。通常可達數(shù)百千歐，測溫系統(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。

2.金屬熱電阻溫度計

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)點是電阻溫度系數(shù)大、線性度好、易加工、來源廣、價格使宜;缺點是電阻率小、易氧化、機械強度低。鎳熱電阻的靈敏度高，在常溫下化學穩(wěn)定性高，但是提純困難，不易獲得。我國主要生產(chǎn)鉑電阻和銅電阻。

在金屬熱電阻溫度計中，鉑電阻溫度計測溫范圍最大，為-200～850℃。由于鉑電阻溫度計的阻值與溫度呈非線性關系，故其阻值隨溫度的變化關系通常分段處理，即

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

金屬熱電阻在應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堅實體，它的外徑一般為2～8mm，最小可達1mm;與普通型熱電阻相比，鎧裝熱電阻具有體積小、內(nèi)部無空氣隙、測量滯后小、機械性能好、耐振、抗沖擊、能彎曲、壽命長等優(yōu)點。薄膜熱電阻一般采用很薄的導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薄膜，測溫范圍在400℃以下，采用薄膜熱電阻能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度，適用于測量軸瓦或其他機件的端面溫度。隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒，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)場爆炸。

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

3.半導體熱敏電阻溫度計

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

半導體熱敏電阻的種類和型號很多。除了測溫外，正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC具有響應時間短，使用壽命長的優(yōu)點，使用時只發(fā)熱，不發(fā)紅，無明火，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則是一種具有開關特性的負溫度系數(shù)熱敏電阻，它是釩、鋇、鍶、磷等元素氧化物的混合燒結體，是一種半玻璃狀的半導體，也稱為玻璃態(tài)熱敏電阻。表2-5給出了半導體熱敏電阻常用型號的主要特征參數(shù)。

在應用上常將作為感溫元件的半導體熱敏電阻和相關的測量電路集成在一芯片上構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。集成電路溫度傳感器主要適用于-50～150℃范圍內(nèi)溫度的測量，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℃時輸出為0，25℃時輸出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，適用于多點溫度測量。