热电阻的基础知识

下面介绍热电阻的基础知识、选择方法、使用时的要点。

对热电偶及热电阻无法采集的物体的温度采集技术，进行初学者也可学会的浅显易懂的说明。

何谓热电阻
热电阻的选择方法
使用热电阻时的要点

何谓热电阻

热电阻是利用金属或金属氧化物的电阻值根据温度变化而变化的特性，通过采集其电阻值来采集温度的传感器。
也称为RTD（Resistance Temperature Detector）。
使用的金属一般为特性稳定且容易获得的铂（Pt100）。
因此各制造商之间具有兼容性。
现在，它和热电偶一样是较为常用的一种温度传感器。

热电阻的特点

热电阻用来对温度作出高精度采集。

可高精度采集温度
可采集极低温度

这是其两大优点。同时，它又是一种不适合采集高温的传感器。
一般来说，热电阻用来采集环境温度，而热电偶则用来采集工业炉的温度。

热电阻的原理

热电阻电阻元件的电阻值根据温度变化会发生一定比例的变化。
让一定电流通过电阻元件，并使用采集仪采集电阻元件两端的电压，然后按照欧姆定律E=IR计算出电阻值，从而推导出温度大小。

［参考］Pt100的标准温度换算表

温度°C	-100	0
0	60.26	100
-10	56.19	96.09
-20	52.11	92.16
-30	48	88.22
-40	43.88	84.27
-50	39.72	80.31
-60	35.54	76.33
-70	31.34	72.33
-80	27.1	68.33
-90	22.83	64.3
-100	18.52	60.26

温度°C	0	100	200
0	100	138.51	175.86
10	103.9	142.29	179.53
20	107.79	146.07	183.19
30	111.67	149.83	186.84
40	115.54	153.58	190.47
50	119.4	157.33	194.1
60	123.24	161.05	197.71
70	127.08	164.77	201.31
80	130.9	168.48	204.9
90	134.71	172.17	208.48
100	138.51	175.86	212.05

温度°C	300	400	500
0	212.05	247.09	280.98
10	215.61	250.53	284.3
20	219.15	253.96	287.62
30	222.68	257.38	290.92
40	226.21	260.78	294.21
50	229.72	264.18	297.49
60	233.21	267.56	300.75
70	236.7	270.93	304.01
80	240.18	274.29	307.25
90	243.64	277.64	310.49
100	247.09	280.98	313.71

温度°C	600	700	800
0	313.71	345.28	375.7
10	316.92	348.38	378.68
20	320.12	351.46	381.65
30	323.3	354.53	384.6
40	326.48	357.59	387.55
50	329.64	360.64	390.48
60	332.79	363.67
70	335.93	366.7
80	339.06	369.71
90	342.18	372.71
100	345.28	375.7

（单位：Ω）

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热电阻的选择方法

根据电阻元件选择

热电阻可大致分为以下4类。

种类	采集范围
铂热电阻	-200到+660°C
铜热电阻	0到+180°C
镍热电阻	-50到+300°C
铂钴热电阻	-272到+27°C

下面描述了各类热电阻的特点。

铂热电阻

由于其温度影响下的电阻值变化较大，且稳定性和精度较高，因而被广泛用于工业采集。
铂热电阻大致可分为以下2大类。Pt100使用得最为广泛。

符号	0°C时的电阻值	电阻比率
Pt100	100 Ω	1.3851
Pt10	10 Ω	1.3851

电阻比率：100ºC时的电阻值/0ºC时的电阻值

铜热电阻

温度特性偏差小，价格便宜。但是，由于其电阻率（固有电阻）较小，体积上无法实现小型化。
此外，由于在高温下容易氧化，它的使用上限温度为+180°C左右。

镍热电阻

每1ºC的电阻值变化较大，价格低廉。
但是，它在+300ºC左右存在临界点，因而其使用上限温度较低。

铂钴热电阻

它是一种将铂钴低合金用于电阻元件的传感器，用来采集极低温度。

根据精度选择

热电阻的精度作为“相对于采集温度的容许公差”。

级别	容许公差（°C）
A	±（0.15+0.002│t│）
B	±（0.3+0.005│t│）

│t│：采集温度的绝对值

根据内部导线的连线方式选择

内部导线的连线方式有2线式、3线式及4线式。

【2线式】: 一种在电阻元件两端各连接1根导线的连线方式。
价格低廉，但由于是将导线电阻值原封不动地作为电阻值进行加法运算，需要预先查明导线电阻值进行补正。因此，这种连线方式不实用。

【3线式】: 最常见的连线方式。它是一种在电阻元件其中一端连接2根导线，在另一端连接1根导线的连线方式。
其特点在于，当3根导线的长度、材质、线径以及电阻均相同时，可以不受导线电阻的影响。

【4线式】: 一种在电阻元件两端各连接2根导线的连线方式。
价格高昂，但从采集原理上来说可以不受导线电阻的影响。

为何3线式热电阻不受导线电阻的影响？

如图所示，3线式热电阻的电阻元件一端连接2根导线，另一端连接1根导线。
将电阻元件的电阻值设为R，将3根导线电阻设为R₁、R₂、R₃（R₁=R₂=R₃），规定电流的流向为A→B→C。
（由于B和D为同电位，因此不会流向R₂）
连线到3线式热电阻的记录仪此时会采集AB间电压和BC间电压，然后将两者的差额计算为采集值。
由于流动的电流值为固定不变，如果将流经各电阻的电压设为
R：V
R₁、R₃：V1
时，
则（BC间电压）-（AB间电压）
=（V+V1）-（V1）
=V
，可以不受导线电阻的影响。