CH8熱電式傳感器

第8章熱電式傳感器傳感器與檢測(cè)技術(shù)（第2版）PAGE174PAGE175第8章熱電式傳感器（知識(shí)點(diǎn)）知識(shí)點(diǎn)1熱電效應(yīng)圖8.1熱電偶結(jié)構(gòu)原理圖如圖8.1所示。兩種不同的導(dǎo)體兩端相互緊密地連接在一起，組成一個(gè)閉合回路。當(dāng)兩接點(diǎn)溫度不等時(shí)（設(shè)），回路中就會(huì)產(chǎn)生大小和方向與導(dǎo)體材料及兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)的電動(dòng)勢(shì)，從而形成電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。該電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)；把這兩種不同導(dǎo)體的組合稱為熱電偶，稱A、B兩導(dǎo)體為熱電極。兩個(gè)接點(diǎn)，一個(gè)為工作端或熱端（），測(cè)溫時(shí)將它置于被測(cè)溫度場(chǎng)中；另一個(gè)叫自由端或冷端（），一般要求它恒定在某一溫度。實(shí)際上，熱電動(dòng)勢(shì)來源于兩個(gè)方面，一部分由兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)構(gòu)成，另一部分是單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)。(1)兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)圖8.2接觸電動(dòng)勢(shì)不同導(dǎo)體的自由電子密度是不同的。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體A、B連接在一起，由于兩者內(nèi)部單位體積的自由電子數(shù)目不同，因此，在A、B的接觸處就會(huì)發(fā)生電子的擴(kuò)散，且電子在兩個(gè)方向上擴(kuò)散的速率不相同。這種由于兩種導(dǎo)體自由電子密度不同，而在其接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)稱為接觸電動(dòng)勢(shì)。接觸電動(dòng)勢(shì)的大小與導(dǎo)體的材料、接點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的直徑、長(zhǎng)度、幾何形狀等無關(guān)。兩接點(diǎn)的接觸電動(dòng)勢(shì)用符號(hào)表示：(8.1)式中：－A、B兩種材料在溫度時(shí)的接觸電動(dòng)勢(shì)－波爾茲曼常數(shù)（＝1.38×10－23）－材料A、B分別在溫度下的自由電子密度＝1.6×10－19－單個(gè)電子的電荷量。(2)單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)對(duì)單一金屬導(dǎo)體，如果將導(dǎo)體兩端分別置于不同的溫度場(chǎng)中（），在導(dǎo)體內(nèi)部，熱端的自由電子具有較大的動(dòng)能，將更多地向冷端移動(dòng)，導(dǎo)致熱端失去電子帶正電，冷端得到電子帶負(fù)電，這樣，導(dǎo)體兩端將產(chǎn)生一個(gè)熱端指向冷端的靜電場(chǎng)。該電場(chǎng)阻止電子從熱端繼續(xù)向冷端轉(zhuǎn)移，并使電子反方向移動(dòng)，最終將達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。這樣，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電位差，稱為溫差電動(dòng)勢(shì)。溫差電動(dòng)勢(shì)的大小取決于導(dǎo)體材料和兩端的溫度，可表示為：(8.3)式中：－導(dǎo)體A在兩端溫度為時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢(shì)(3)熱電偶回路的總電動(dòng)勢(shì)實(shí)踐證明，熱電偶回路中所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)主要是由接觸電動(dòng)勢(shì)引起的，溫差電動(dòng)勢(shì)所占比例極小，可以忽略不計(jì)；因?yàn)楹偷臉O性相反，假設(shè)導(dǎo)體A的電子密度大于導(dǎo)體B的電子密度，且A為正極、B為負(fù)極，因此回路的總電動(dòng)勢(shì)為：（8.5）由此可見，熱電偶總電動(dòng)勢(shì)與兩種材料的電子密度以及兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，可得出以下結(jié)論：·如果熱電偶兩電極相同，即、，則無論兩接點(diǎn)溫度如何，總熱電動(dòng)勢(shì)始終為0?！と绻麩犭娕純山狱c(diǎn)溫度相同（），盡管A、B材料不同，回路中總電動(dòng)勢(shì)依然為0?！犭娕籍a(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)大小與材料（）和接點(diǎn)溫度（）有關(guān)，與其尺寸、形狀等無關(guān)?！犭娕荚诮狱c(diǎn)溫度為時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)，等于此熱電偶在接點(diǎn)溫度為與兩個(gè)不同狀態(tài)下的熱電動(dòng)勢(shì)之和，即：（8.6）·電子密度取決于熱電偶材料的特性和溫度，當(dāng)熱電極A、B選定后，熱電動(dòng)勢(shì)就是兩接點(diǎn)溫度和的函數(shù)差，即：（8.7）如果自由端的溫度保持不變，即（常數(shù)），此時(shí)，就成為的單一函數(shù)，即：（8.8）式(8.8)在實(shí)際測(cè)溫中得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)保持熱電偶自由端溫度不變時(shí)，只要用儀表測(cè)出總電動(dòng)勢(shì)，就可以求得工作端溫度。在實(shí)用中，常把自由端溫度保持在0℃或室溫。對(duì)于不同金屬組成的熱電偶，溫度與熱電動(dòng)勢(shì)之間有不同的函數(shù)關(guān)系，一般通過實(shí)驗(yàn)方法來確定，并將不同溫度下所測(cè)得的結(jié)果列成表格，編制出針對(duì)各種熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的對(duì)照表，稱為分度表，供使用時(shí)查閱。表中溫度按10℃分檔，其中間值可按內(nèi)插法計(jì)算（8.9）式中：－被測(cè)溫度值－較高的溫度值－較低的溫度值、、－分別為溫度、、對(duì)應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)知識(shí)點(diǎn)2熱電偶的基本定律1）中間導(dǎo)體定律在熱電偶測(cè)溫回路內(nèi)接入第三種導(dǎo)體，只要其兩端溫度相同，則對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒有影響。中間導(dǎo)體定律的意義在于：在實(shí)際的熱電偶測(cè)溫應(yīng)用中，測(cè)量?jī)x表（如動(dòng)圈式毫伏表、電子電位差計(jì)等）和連接導(dǎo)線可以作為第三種導(dǎo)體對(duì)待。2）中間溫度定律熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為、時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)等于它在接點(diǎn)溫度、和、時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)和的代數(shù)和，即：(8.20)中間溫度定律為補(bǔ)償導(dǎo)線的使用提供了理論依據(jù)。它表明：如果熱電偶的兩個(gè)電極通過連接兩根導(dǎo)體的方式來延長(zhǎng)，只要接入的兩根導(dǎo)體的熱電特性與被延長(zhǎng)的兩個(gè)電極的熱電特性一致，且它們之間連接的兩點(diǎn)間溫度相同，則回路總的熱電動(dòng)勢(shì)只與延長(zhǎng)后的兩端溫度有關(guān)，與連接點(diǎn)溫度無關(guān)。3）標(biāo)準(zhǔn)電極定律如果兩種導(dǎo)體A、B分別與第三種導(dǎo)體C組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)已知，則由這兩個(gè)導(dǎo)體A、B組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)可由下式來確定：（8.21）標(biāo)準(zhǔn)電極定律的意義在于：純金屬的種類很多，合金的種類更多，要得出這些金屬間組成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)是一件工作量極大的事。在實(shí)際處理中，由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，通常選用高純鉑絲作標(biāo)準(zhǔn)電極，只要測(cè)得它與各種金屬組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，則各種金屬間相互組合成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)就可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極定律計(jì)算出來。4）均質(zhì)導(dǎo)體定律如果組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的材料相同，無論兩接點(diǎn)的溫度是否相同，熱電偶回路中的總熱電動(dòng)勢(shì)均為0。均質(zhì)導(dǎo)體定律有助于檢驗(yàn)兩個(gè)熱電極材料成分是否相同及熱電極材料的均勻性。知識(shí)點(diǎn)3熱電偶的結(jié)構(gòu)與種類（1）結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)不同測(cè)量對(duì)象的測(cè)溫條件和要求，熱電偶的結(jié)構(gòu)形式有普通型熱電偶、鎧裝型熱電偶和薄膜型熱電偶。1）普通型熱電偶圖8.6普通型熱電偶結(jié)構(gòu)普通型熱電偶如圖8.6所示。它一般由熱電極、絕緣管、保護(hù)管和接線盒等幾個(gè)主要部分組成。在工業(yè)上使用最為廣泛。2）特殊熱電偶·鎧裝型(sheath)熱電偶它是由熱電極、絕緣材料和金屬保護(hù)套管一起拉制加工而成的堅(jiān)實(shí)纜狀組合體，如圖8.7所示。它可以做得很細(xì)很長(zhǎng)，使用中可隨需要任意彎曲；測(cè)溫范圍通常在1100℃以下。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)溫端熱容量小，因此熱慣性小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；壽命長(zhǎng)，圖8.7鎧裝型熱電偶的結(jié)構(gòu)·薄膜型熱電偶圖8.8薄膜型熱電偶的結(jié)構(gòu)它是將兩種薄膜熱電極材料用真空蒸鍍、化學(xué)涂層等辦法蒸鍍到絕緣基板（云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等）上制成的一種特殊熱電偶。薄膜熱電偶的接點(diǎn)可以做得很小、很?。?.01～0.1），具有熱容量小、響應(yīng)速度快（級(jí)）等特點(diǎn)。適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動(dòng)態(tài)溫度的測(cè)量，測(cè)溫范圍在300℃以下。（2）熱電極材料的選取根據(jù)金屬的熱電效應(yīng)原理，理論上講，任何兩種不同材料的導(dǎo)體都可以組成熱電偶，但為了準(zhǔn)確可靠地測(cè)量溫度，對(duì)組成熱電偶的材料有嚴(yán)格的選擇條件。在實(shí)際應(yīng)用中，用作熱電極的材料一般應(yīng)具備以下條件：1）性能穩(wěn)定2）溫度測(cè)量范圍廣3）物理化學(xué)性能穩(wěn)定4）導(dǎo)電率要高，并且電阻溫度系數(shù)要小。5）材料的機(jī)械強(qiáng)度要高，復(fù)制性好、復(fù)制工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。（3）熱電偶的種類目前，國際電工委員會(huì)（IEC）向世界各國推薦了8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。表8.6是我國采用的符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的六種熱電偶的主要性能和特點(diǎn)。表8.6標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的主要性能特點(diǎn)熱電偶名稱正熱電極負(fù)熱電極分度號(hào)測(cè)溫范圍特點(diǎn)鉑銠30－鉑銠6鉑銠30鉑銠6B0～＋1700（超高溫）適用于氧化性氣氛中測(cè)溫，測(cè)溫上限高，穩(wěn)定性好。在冶金、鋼水等高溫領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鉑銠10－鉑鉑銠10純鉑S0～＋1600（超高溫）適用于氧化性、惰性氣氛中測(cè)溫，熱電性能穩(wěn)定，抗氧化性強(qiáng)，精度高，但價(jià)格貴、熱電動(dòng)勢(shì)較小。常用作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或用于高溫測(cè)量。鎳鉻－鎳硅鎳鉻合金鎳硅K－200～＋1200（高溫）適用于氧化和中性氣氛中測(cè)溫，測(cè)溫范圍很寬、熱電動(dòng)勢(shì)與溫度關(guān)系近似線性、熱電動(dòng)勢(shì)大、價(jià)格低。穩(wěn)定性不如B、S型熱電偶，但是非貴金屬熱電偶中性能最穩(wěn)定的一種。鎳鉻－康銅鎳鉻合金銅鎳合金E－200～＋900（中溫）適用于還原性或惰性氣氛中測(cè)溫，熱電動(dòng)勢(shì)較其他熱電偶大，穩(wěn)定性好，靈敏度高，價(jià)格低。鐵－康銅鐵銅鎳合金J－200～＋750（中溫）適用于還原性氣氛中測(cè)溫，價(jià)格低，熱電動(dòng)勢(shì)較大，僅次于E型熱電偶。缺點(diǎn)是鐵極易氧化。銅－康銅銅銅鎳合金T－200～＋350（低溫）適用于還原性氣氛中測(cè)溫，精度高，價(jià)格低。在－200～0℃可制成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。缺點(diǎn)是銅極易氧化。知識(shí)點(diǎn)3熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償由熱電偶的測(cè)溫原理可以知道，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)大小與兩端溫度有關(guān)，熱電偶的輸出電動(dòng)勢(shì)只有在冷端溫度不變的條件下，才與工作端溫度成單值函數(shù)關(guān)系。進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校海?）補(bǔ)償導(dǎo)線法熱電偶的長(zhǎng)度一般只有1m左右，要保證熱電偶的冷端溫度不變，可以把熱電極加長(zhǎng)，使自由端遠(yuǎn)離工作端，放置到恒溫或溫度波動(dòng)較小的地方，但這種方法對(duì)于由貴金屬材料制成的熱電偶來說將使投資增加，解決的辦法是：采用一種稱為補(bǔ)償導(dǎo)線的特殊導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸出來。補(bǔ)償導(dǎo)線實(shí)際上是一對(duì)與熱電極化學(xué)成分不同的導(dǎo)線，在0～150℃（2）冷端恒溫法就是把熱電偶的冷端置于某些溫度不變的裝置中，以保證冷端溫度不受熱端測(cè)量溫度的影響。恒溫裝置可以是電熱恒溫器或冰點(diǎn)槽（槽中裝冰水混合物，溫度保持在0℃）（3）冷端溫度校正法如果熱電偶的冷端溫度偏離0℃，但穩(wěn)定在℃，則按式（8.20）（即中間溫度定律）對(duì)儀表指示值進(jìn)行修正。（4）自動(dòng)補(bǔ)償法自動(dòng)補(bǔ)償法也稱電橋補(bǔ)償法，它是在熱電偶與儀表間加上一個(gè)補(bǔ)償電橋，當(dāng)熱電偶冷端溫度升高，導(dǎo)致回路總電動(dòng)勢(shì)降低時(shí)，這個(gè)電橋感受自由端溫度的變化，產(chǎn)生一個(gè)電位差，其數(shù)值剛好與熱電偶降低的電動(dòng)勢(shì)相同，兩者互相補(bǔ)償。這樣，測(cè)量?jī)x表上所測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)將不隨自由端溫度而變化。自動(dòng)補(bǔ)償法解決了冷端溫度校正法不適合連續(xù)測(cè)溫的問題。知識(shí)點(diǎn)4熱電偶的實(shí)用測(cè)溫線路（1）測(cè)量單點(diǎn)的溫度圖8.12熱電偶單點(diǎn)溫度測(cè)量線路圖圖8.12是一個(gè)熱電偶直接和儀表配用的測(cè)量單點(diǎn)溫度的測(cè)量線路，圖中A、B組成熱電偶。熱電偶在測(cè)溫時(shí)，也可以與溫度補(bǔ)償器連接，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出。（2）測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間溫度差（反極性串聯(lián)）圖8.13是測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間溫度差（）的一種方法。將兩個(gè)同型號(hào)的熱電偶配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，其接線應(yīng)使兩熱電偶反向串聯(lián)（A接A、B接B），使得兩熱電動(dòng)勢(shì)方向相反，故輸入儀表的是其差值，這一差值反映了兩熱電偶熱端的溫度差。圖8.13熱電偶測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫度差線路圖(3)測(cè)量多點(diǎn)的平均溫度（同極性并聯(lián)或串聯(lián)）有些大型設(shè)備，有時(shí)需要測(cè)量多點(diǎn)（兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上）的平均溫度，可以通過將多支同型號(hào)的熱電偶同極性并聯(lián)或串聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn)。1）熱電偶的并聯(lián)將多支同型號(hào)熱電偶的正極和負(fù)極分別連接在一起的線路稱為熱電偶的并聯(lián)。圖8.14是測(cè)量三點(diǎn)的平均溫度的熱電偶并聯(lián)連接線路，用三只同型號(hào)的熱電偶并聯(lián)在一起，在每一只熱電偶線路中分別串聯(lián)均衡電阻。根據(jù)電路理論，可得回路中總的電動(dòng)勢(shì)為：（8.32）式中：－分別為單只熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)。特點(diǎn)：當(dāng)有一只熱電偶燒斷時(shí)，難以覺察出來。當(dāng)然，它也不會(huì)中斷整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)的工作。圖8.14熱電偶的并聯(lián)測(cè)溫線路圖2）熱電偶的串聯(lián)將多支同型號(hào)熱電偶的正負(fù)極依次連接形成的線路稱為熱電偶的串聯(lián)。圖8.15是將三支同型號(hào)的熱電偶依次將正、負(fù)極相連串接起來，此時(shí)，回路總的熱電動(dòng)勢(shì)等于三支熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)之和，即回路的總電動(dòng)勢(shì)為：（8.33）圖8.15熱電偶的串聯(lián)測(cè)溫線路圖可見對(duì)應(yīng)得到的是三點(diǎn)的溫度之和，如果將結(jié)果再除以3，就得到三點(diǎn)的平均溫度。串聯(lián)線路的主要優(yōu)點(diǎn)：熱電動(dòng)勢(shì)大，儀表的靈敏度大大增加，且避免了熱電偶并聯(lián)線路存在的缺點(diǎn)，只要有一只熱電偶斷路，總的熱電動(dòng)勢(shì)消失，立即可以發(fā)現(xiàn)有斷路。缺點(diǎn)：只要有一支熱電偶斷路，整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)將停止工作。知識(shí)點(diǎn)5熱電偶的應(yīng)用圖8.17是采用AD594C的溫度測(cè)量電路實(shí)例。AD594C片內(nèi)除有放大電路外，還有溫度補(bǔ)償電路，對(duì)于J型熱電偶經(jīng)激光修整后可得到10輸出。在0～300℃測(cè)量范圍內(nèi)精度為±1℃。測(cè)量時(shí)，熱電偶內(nèi)產(chǎn)生的與溫度相對(duì)應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)經(jīng)AD594C的-IN和+IN兩引腳輸入，經(jīng)初級(jí)放大和溫度補(bǔ)償后，再送入主放大器A1，運(yùn)算放大器A1輸出的電壓信號(hào)反映了被測(cè)溫度的高低。若AD594C輸出接A/D轉(zhuǎn)換器，則可構(gòu)成數(shù)字溫度計(jì)。圖8.17熱電偶溫度測(cè)量電路實(shí)例

圖8.18熱電偶爐溫控制系統(tǒng)常用爐溫測(cè)量控制系統(tǒng)如圖8.18所示。毫伏定值器給出給定溫度的相應(yīng)毫伏值，將熱電偶的熱電勢(shì)與定值器的毫伏值相比較，若有偏差則表示爐溫偏離給定值，此偏差經(jīng)放大器送入調(diào)節(jié)器，再經(jīng)過晶閘管觸發(fā)器推動(dòng)晶閘管執(zhí)行器來調(diào)整電爐絲的加熱功率，直到偏差被消除，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的自動(dòng)控制。知識(shí)點(diǎn)6熱電阻熱電阻作為一種感溫元件，它是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量。最常用的材料是鉑和銅。工業(yè)上被廣泛用來測(cè)量中低溫區(qū)－200～500oC的溫度。熱電阻由電阻體、保護(hù)套管和接線盒等部件組成，如圖8.19（a）所示。熱電阻絲是繞在骨架上的，骨架采用石英、云母、陶瓷或塑料等材料制成，可根據(jù)需要將骨架制成不同的外形。為了防止電阻體出現(xiàn)電感，熱電阻絲通常采用雙線并繞法，如圖8.19（b）所示。圖8.19熱電阻結(jié)構(gòu)圖8.2.1鉑熱電阻在氧化性介質(zhì)中，甚至在高溫下，其物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，電阻率大，精確度高，能耐較高的溫度，因此，國際溫標(biāo)IPTS－68規(guī)定，在－259.34～＋630.74oC溫度域內(nèi)，以鉑熱電阻溫度計(jì)作為基準(zhǔn)器。缺點(diǎn)：價(jià)格高。鉑熱電阻值與溫度的關(guān)系在0～850oC范圍內(nèi)為：(8.34)在－200～0oC范圍內(nèi)：（8.35）式中：－溫度oC時(shí)的電阻值－溫度0oC時(shí)的電阻值溫度系數(shù)＝3.90810－3/℃，=－5.80210－7/℃2，＝－4.27410－12/℃4。從式（8.35）可以看出，熱電阻在溫度時(shí)的電阻值與（標(biāo)稱電阻）有關(guān)。目前，我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有=10Ω和=100Ω兩種，它們的分度號(hào)分別為Pt10和Pt100，后者為常用。實(shí)際測(cè)量中，只要測(cè)得熱電阻的阻值，便可從表中查出對(duì)應(yīng)的溫度值。8.2.2鉑熱電阻雖然優(yōu)點(diǎn)多，但價(jià)格昂貴，在測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合，銅熱電阻得到廣泛應(yīng)用。在-50～＋150oC的溫度范圍內(nèi)，銅熱電阻與溫度近似呈線性關(guān)系，可用下式表示：（8.36）式中：－0℃時(shí)銅熱電阻溫度系數(shù)（＝4.28910－3/℃）。銅熱電阻的電阻溫度系數(shù)較大、線性性好、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：電阻率較低，電阻體的體積較大，熱慣性較大，穩(wěn)定性較差，在100℃銅熱電阻有兩種分度號(hào)：Cu50()和Cu100()，后者為常用。8.2.3熱電阻的測(cè)量電路熱電阻的阻值不高；工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，離控制室較遠(yuǎn)，因此，熱電阻的引線電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大的影響。目前，熱電阻引線方式有兩線制、三線制和四線制三種。（1）兩線制接法（用于引線不長(zhǎng)，精度較低）兩線制的接線方式如圖8.20所示，在熱電阻感溫體的兩端各連一根導(dǎo)線。設(shè)每根導(dǎo)線的電阻值為。則電橋平衡條件為：（8.37）因此有：（8.38）很明顯，如果在實(shí)際測(cè)量中不考慮導(dǎo)線電阻，即忽略式（8.38）中的2，則測(cè)量結(jié)果就將引入誤差。圖8.20兩線制接法（2）三線制接法（用于工業(yè)測(cè)量，一般精度）圖8.21三線制接法為解決導(dǎo)線電阻的影響，工業(yè)熱電阻大多采用三線制電橋連接法，如圖8.21所示。圖中為熱電阻，其三根引出導(dǎo)線相同，阻值都是。其中一根與電橋電源相串聯(lián)，它對(duì)電橋的平衡沒有影響；另外兩根分別與電橋的相鄰兩臂串聯(lián)，當(dāng)電橋平衡時(shí)，可得下列關(guān)系：（8.39）所以有：（8.40）如果使，則上式就和時(shí)的電橋平衡公式完全相同，即說明此種接法導(dǎo)線電阻對(duì)熱電阻的測(cè)量毫無影響。注意：以上結(jié)論只有在，且只有在平衡狀態(tài)下才成立。為了消除從熱電阻感溫體到接線端子間的導(dǎo)線對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，一般要求從熱電阻感溫體的根部引出導(dǎo)線，且要求引出線一致，以保證它們的電阻值相等。（3）四線制接法（實(shí)驗(yàn)室用，高精度測(cè)量）圖8.22四線制接法三線制接法是工業(yè)測(cè)量中廣泛采用的方法。在高精度測(cè)量中，可設(shè)計(jì)成四線制的測(cè)量電路，如圖8.22所示。圖中為恒流源，測(cè)量?jī)x表一般用直流電位差計(jì)，熱電阻上引出電阻值各為和的四根導(dǎo)線，分別接在電流和電壓回路，電流導(dǎo)線上引起的電壓降，不在測(cè)量范圍內(nèi)，而電壓導(dǎo)線上雖有電阻但無電流（認(rèn)為內(nèi)阻無窮大，測(cè)量時(shí)沒有電流流過電位差計(jì)），所以四根導(dǎo)線的電阻對(duì)測(cè)量都沒有影響。8.2.4熱電阻的應(yīng)用圖8.23為采用EL－700（100Ω,Pt100）鉑電阻的高精度溫度測(cè)量電路，測(cè)溫范圍為20～120℃，對(duì)應(yīng)的輸出為0～2V，輸出電壓可直接輸入單片機(jī)作顯示和控制信號(hào)。圖8.23鉑電阻測(cè)溫電路知識(shí)點(diǎn)7熱敏電阻熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的一種熱敏元件，其特點(diǎn)是電阻率隨溫度而顯著變化。它主要由敏感元件、引線和殼體組成。根據(jù)使用要求，可制成珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等各種形狀。熱敏電阻的符號(hào)如圖8.25所示。圖8.25熱敏電阻的符號(hào)熱敏電阻與熱電阻相比，具有電阻值和電阻溫度系數(shù)大、靈敏度高（比熱電阻大1～2個(gè)數(shù)量級(jí)）；體積小（最小直徑可達(dá)0.1～0.2mm，可用來測(cè)量“點(diǎn)溫”）、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固（能承受較大的沖擊、振動(dòng)）；熱慣性小、響應(yīng)速度快（適用于快速變化的測(cè)量場(chǎng)合）；使用方便；壽命長(zhǎng)；易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量（本身阻值一般較大，無需考慮引線電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響）等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。目前它存在的主要缺點(diǎn)是：互換性較差，同一型號(hào)的產(chǎn)品特性參數(shù)有較大差別；穩(wěn)定性較差；非線性嚴(yán)重，且不能在高溫下使用。但隨著技術(shù)的發(fā)展和工藝的成熟，熱敏電阻的缺點(diǎn)將逐漸得到改進(jìn)。熱敏電阻的測(cè)溫范圍一般為－50～＋350℃。可用于液體、氣體、固體、高空氣象、深井等方面對(duì)溫度測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合。8.3.1根據(jù)半導(dǎo)體的電阻－溫度特性，熱敏電阻可分為三類，即負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）、正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR）。它們的溫度特性曲線如圖8.26所示。圖8.26熱敏電阻的溫度特性曲線正溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系可表示為：（8.42）式中：、－溫度（）和()時(shí)的電阻值；－熱敏電阻的材料常數(shù)；＝273.15，即0℃時(shí)的絕對(duì)溫度。大多數(shù)熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)