《能源监测与评价》——能源监测技术（二）

(三)热电阻测温

1.热电阻测温的工作原理

热电偶用于500℃以下的温度测量其灵敏度较低，故在-200～600℃的温度范围内多采用热电阻测温，尤其在低温测量中更是如此。热电阻测温的工作原理是基于金属导体和非金属半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。众所周知，大多数金属导体的电阻随温度变化的关系为

对于另一类的半导体热敏电阻的测温原理是基于半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。不同的半寻体有不同的物理特性，由此根据其工作原理，热敏电阻有三大类，即负温度系数热敏电阻(Negative Temperature Coefficient，NTC)、正温度系数热敏电阻(Pos-itive Temperature Coefficient，PTC)和临界温度系数热敏电阻(Critical Temperature Coefficient，CTR)。其中，NTC的电阻值随温度的升高而变小，是应用最广泛的热敏电阻。在工作温度范围内，NTC的电阻随温度变化的关系为

式(2-5)表明，a随温度降低而迅速增大。如果B值为4000K，当丁=293.15K时，a=0.047℃-1，约为铂电阻a值的12倍，因此与热电阻相比，NTC具有灵敏度高的特点。热敏电阻的尺。通常可达数百千欧，测温系统的引线电阻几乎没有影响。另外，热敏电阻还具有体积小的优点。

2.金属热电阻温度计

使用较多的金属热电阻材料有铂、铜和镍，它们的主要性能见表2-4。其中铂是一种较为理想的热电阻材料，它的物理化学性质能在高温和氧化环境中保持稳定，并且在很宽的温度范围内保持良好的性能特征。铜作为热电阻材料的优点是电阻温度系数大、线性度好、易加工、来源广、价格使宜;缺点是电阻率小、易氧化、机械强度低。镍热电阻的灵敏度高，在常温下化学稳定性高，但是提纯困难，不易获得。我国主要生产铂电阻和铜电阻。

在金属热电阻温度计中，铂电阻温度计测温范围最大，为-200～850℃。由于铂电阻温度计的阻值与温度呈非线性关系，故其阻值随温度的变化关系通常分段处理，即

铜电阻温度计的阻值与温度之间呈线性关系，电阻温度系数比较大，一般的测温范围为-50～150℃，测温在上限时，铜电阻容易氧化。由于铜电阻温度计的价格比铂电阻温度计低很多，因此很适合测量那些精确度要求不高、温度又较低的场合。

金属热电阻在应用中可分为普通型热电阻、铠装热电阻、薄膜热电阻和隔爆型热电阻等。铠装热电阻是将电阻体、引线、绝缘材料、不锈钢套管等组合在一起形成一个坚实体，它的外径一般为2～8mm，最小可达1mm;与普通型热电阻相比，铠装热电阻具有体积小、内部无空气隙、测量滞后小、机械性能好、耐振、抗冲击、能弯曲、寿命长等优点。薄膜热电阻一般采用很薄的导热性能好的氧化铍作基底，热电阻采用电阻丝或用蒸发以及喷涂的方法形成的微米级薄膜，测温范围在400℃以下，采用薄膜热电阻能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦或其他机件的端面温度。隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，以防引起生产现场爆炸。

热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成，如图2-9所示。热电阻是通过其阻值随温度变化来测量温度的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除导线电阻的影响一般采用三线制或四线制的连线方式，而不是采用简单的两线制连接方式，如图2-10所示。

3.半导体热敏电阻温度计

半导体热敏电阻温度计主要以铁、镍、锰、钼、钛、镁、铜等一些金属氧化物为原料，在低温测量中用锗、硅、砷化镓等掺杂后做成半导体。

半导体热敏电阻的种类和型号很多。除了测温外，正温度系数热敏电阻PTC具有响应时间短，使用寿命长的优点，使用时只发热，不发红，无明火，不易燃烧，常用作恒温、调温和控温传感器;临界温度系数热敏电阻CTR则是一种具有开关特性的负温度系数热敏电阻，它是钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合烧结体，是一种半玻璃状的半导体，也称为玻璃态热敏电阻。表2-5给出了半导体热敏电阻常用型号的主要特征参数。

在应用上常将作为感温元件的半导体热敏电阻和相关的测量电路集成在一芯片上构成集成电路温度传感器。集成电路温度传感器具有线性好、精确度适中、灵敏度高、体积小、成本低廉、使用方便等优点。集成电路温度传感器主要适用于-50～150℃范围内温度的测量，输出形式分为电压输出和电流输出两种。

电压输出型集成电路温度传感器电路原输入理如图2-11所示，其主要优点是：直接输出电压，且输出阻抗低，易于和读出或控制电路接口，灵敏度一般为10mV/K.0℃时输出为0，25℃时输出2.982V。

电流输出型集成电路温度传感器以电流作为输出量，其输出阻抗很大，适用于多点温度测量。