热电偶原理

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中

铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的

阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。

金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即

Rt=RtO[1+ a （t-to ）]

式中，Rt为温度t时的阻值；Rto为温度to （通常to=o C）时对应电阻值；a为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为

Rt=AeB/t

式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。

相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互

换性较差，非线性严重，测温范围只有-50~300 C左右，大量用于家电和汽车用温度检测

和控制。金属热电阻一般适用于-200~500 C范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。

热电阻材料

热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电

阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。

热电阻种类（1）精密型热电阻：工业常用热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点。从热

电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，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。为消除引线电阻的影响同般采

用三线制或四线制。

（2）铠装热电阻：铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、弓I线、绝缘材料、不锈钢套管组

合而成的坚实体，它的外径一般为0 2~$ 8mm最小可达0 mmo与普通型热电阻相比，它

有下列优点：

①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；

②机械性能好、耐振，抗冲击；

③能弯曲，便于安装；

④使用寿命长。

（3）端面热电阻：端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。

它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和

其他机件的端面温度。

（4）隔爆型热电阻：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，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热

电阻可用于Bla~B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。

工业上常用金属热电阻

从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这个性质，但并不是都能用作测温热

电阻，作为热电阻的金属材料一般要求：尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大（在

同样灵敏度下减小传感器的尺寸）、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的

复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系（最好呈线性关系）。

目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，

稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和

温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。中国最常用的有

R0=10Q、R0=100Q 和R0=1000Q 等几种，它们的分度号分别为Pt10、PtIOO、PtIOOO ; 铜电阻有R0=50Q 和R0=10（D 两种，它们的分度号为Cu50和CulOO。其中PtIOO和Cu50 的应用最为广泛。

热电阻的信号连接方式热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻

信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。

目前热电阻的引线主要有三种方式

O1二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r, r大小与导线的材质和长度的因素有关，

因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合

02三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，

这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常

用的引线电阻。

03四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I,把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。

热电阻采用三线制接法。采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。这是

因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所

在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。工业上一般都采

用三线制接法。热电偶产生的是毫伏信号，不存在这个问题。

热电阻测温系统的组成

（1 ）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。必须注意以下两点：

①热电阻和显示仪表的分度号必须一致

②为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。具体内容参见本篇第三章。（2）铠装热电阻铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为0 2~$ 8mm最小可达0 mmo与普通型热电阻相比，它

有下列优点：

①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；

②机械性能好、耐振，抗冲击；

③能弯曲，便于安装

④使用寿命长。

（3）端面热电阻端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。

它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和

其他机件的端面温度。

（4）隔爆型热电阻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电阻体的断路修理必然要改变电阻丝的长短而影响电阻值，为此更换新的电阻体为好，若采用焊接修理，焊后要校验合格后才能使用。

热电偶和热电阻的区别

热电偶与热电阻均属于温度测量中的接触式测温，尽管其作用相同都是测量物体的温

度，但是他们的原理与特点却不尽相同?

首先，介绍一下热电偶，热电偶是温度测量中应用最广泛的温度器件，他的主要特点

就是测吻范围宽，性能比较稳定，同时结构简单，动态响应好，更能够远传4-20mA电信号，便于自动控制和集中控制。热电偶的测温原理是基于热电效应。将两种不同的导体或半

导体连接成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势，这种现象称为

热电效应，又称为塞贝克效应。闭合回路中产生的热电势有两种电势组成；温差电势和接触

电势。温差电势是指同一导体的两端因温度不同而产生的电势，不同的导体具有不同的电

子密度，所以他们产生的电势也不相同，而接触电势顾名思义就是指两种不同的导体相接触

时，因为他们的电子密度不同所以产生一定的电子扩散，当他们达到一定的平衡后所形成的电势，接触电势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及他们接触点的温度。目前国际上应用的热电偶具有一个标准规范，国际上规定热电偶分为八个不同的分度，分别为B，R，S，K，N, E，J和T,其测量温度的最低可测零下270摄氏度，最高可达1800摄氏

度，其中B，R，S属于铂系列的热电偶，由于铂属于贵重金属，所以他们又被称为贵金属热电偶而剩下的几个则称为廉价金属热电偶。热电偶的结构有两种，普通型和铠装型。普

通性热电偶一般由热电极，绝缘管，保护套管和接线盒等部分组成，而铠装型热电偶则是将

热电偶丝，绝缘材料和金属保护套管三者组合装配后，经过拉伸加工而成的一种坚实的组

合体。但是热电偶的电信号却需要一种特殊的导线来进行传递，这种导线我们称为补偿导线。

不同的热电偶需要不同的补偿导线，其主要作用就是与热电偶连接，使热电偶的参比端远离电源，从而使参比端温度稳定。补偿导线又分为补偿型和延长型两种，延长导线的化学成

分与被补偿的热电偶相同，但是实际中，延长型的导线也并不是用和热电偶相同材质的金属，一般采用和热电偶具有相同电子密度的导线代替。补偿导线的与热电偶的连线一般都

是很明了，热电偶的正极连接补偿导线的红色线，而负极则连接剩下的颜色。一般的补偿导

线的材质大部分都采用铜镍合金。

其次我们介绍一下热电阻，热电阻虽然在工业中应用也比较广泛，但是由

于他的测温范围使他的应用受到了一定的限制，热电阻的测温原理是基于导体或

半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。其优点也很多，也可以远传电信号，灵敏度高，稳定性强，互换性以及准确性都比较好，但是需要电源激励，不能够瞬时测量温度的变化。工业用热电阻一般采用Pt100，Pt10 ，Cu50，Cu100，铂热电阻的测温的范围一般为零下200-800 摄氏度，铜热电阻为零下40 到140 摄氏度。热电阻和热电偶一样的区分类型，但是他却不需要补偿导线，而且比热点偶便宜