金属热电阻式温度传感器原理及应用

材料的电阻率随温度的变化而变化，按制造材料来分，一般把由金属导体铂、铜、镍等制成的测温元件称为金属热电阻式传感器，简称热电阻传感器。

1.电阻与温度的关系

大多数金属导体的电阻随温度而变化的关系可由下式表示：

R_t=R₀[1+α（t-t₀）]

式中 R_t，R₀——分别为热电阻在t℃和t₀℃时的电阻值；

α——热电阻的电阻温度系数，单位是1/℃；

t——被测温度，单位是℃。

只要α保持不变（常数），则金属电阻R_t将随温度线性地增加。

由此可见，α越大，S就越大。纯金属的电阻温度系数α为（0.3～0.6）%/℃。但是，绝大多数金属导体的α并不是常数，它也随温度的变化而变化，只能在一定的温度范围内，把它近似地看作一个常数。不同的金属导体，α保持常数所对应的温度不相同，而且这个范围均小于该导体能够工作的温度范围。

要确定电阻R_t与温度t的关系，首先要确定R₀的数值。R₀不同时，R_t与t的关系也不同。在工业上，将不同R₀的R_t～t关系制成不同分度号的分度表，可供直接查用。对于铂电阻，我国工业用的分度号主要有BA1（Pt50）、BA2（Pt100）、BA3（Pt300），其电阻器在100℃和0℃下的电阻比值采用R₁₀₀/R₀=1.39，R₁₀₀/R₀=1.425；铜电阻的分度号有G、Cu50和Cu100。例如，对于BA1，R₁₀₀=63.99Ω，R₀=46Ω，R₁₀₀/R₀=63.99/46=1.39；对于BA2，R₁₀₀=139.1Ω，R₀=100Ω，R₁₀₀/R₀=139.1/100=1.39。又如，对于G，R₁₀₀=75.52Ω，R₀=53Ω，R₁₀₀/R₀=75.52/53=1.425。

主要金属感温电阻器的性能列于表7-11。

表7-11 主要金属感温电阻器的性能

分度号为BA1、BA2、G的分度特性如表7-12～表7-14所示。

关于WZB型铂热电阻分度特性表的说明如下。

铂电阻与温度的关系在0～630.74℃以内为R_t=R₀（1+At+Bt²），-190～0℃以内为R_t=R₀[1+At+Bt²+C（t-100）t²]。

式中 R_t——温度为t℃时的电阻值；

R₀——温度为0℃时的电阻值；

t——任意温度值；

A，B，C——分度系数。(www.xing528.com)

表7-12 WZB型铂热电阻分度特性表1

表7-13 WZB型铂热电阻分度特性表2

表7-14 WZG型铜热电阻分度特性表

通常采用的金属感温（或称测温）电阻有铂、铜和镍。由于铂具有很好的稳定性和测量精度，故人们主要把它用于高精度的温度测量和标准测温装置。

感温电阻通常由电阻体、保护套管和接线盒等部件组成，热电阻丝是绕在骨架上的，骨架采用石英、云母、陶瓷、塑料等材料制成。另外，还有箔型、薄膜型等结构形式。

2.使用时的注意事项

工业上广泛应用金属感温电阻器作为-200～+600℃范围的温度测量。它的特点是精度高，适于测低温。但使用中需要注意以下两点。

（1）自热误差

在用感温电阻器测量时，电阻总要消耗一定的电功率，它同样会造成电阻值的变化，但这种变化是不希望的。使用中应尽量减少由于电阻器通电产生的自热而引起的误差。一般是限制电流，规定其值应不超过6mA。

（2）引线电阻的影响

用于测量的感温电阻器，总得有连接导线，但由于金属电阻器本身的电阻值很小，所以引线的电阻值及其变化就不能忽略。比如对于50Ω的测温电阻，1Ω的导线电阻将产生约5℃的误差，这是不能允许的。为此测量电阻的引线通常采用三线式或四线式接法。

图7-27所示为三线式接法。图中，R_t为热电阻，r₁、r₂、r₃为引线电阻。在三线式连接法中，一根引线接到电源对角线上，另两根分别接到电桥相邻的两个臂。这样，引线电阻值及其变化对仪表读数的影响可以互相抵消一部分。而图7-28所示的二线式接法中，两根引线完全加到一个桥臂上，引线电阻值及其变化将引起电桥输出变化，造成测温误差。

图7-27 三线式接法

图7-28 二线式接法