工业用铂电阻作为测温传感器,通常用来和显示、记录、调节仪表配套,直接测量各种生产过程中从-200℃~500℃范围内的液体、蒸汽和气体等介质的温度,也可测量固体的表面温度。
铂丝的电阻值与温度之间的关系,即特性方程如下。当温度t为0℃≤t≤650℃时
铂电阻的精度与铂的提纯程度有关,铂的纯度通常用厚度电阻比W(100)表示,即
铜热电阻铂的物理、化学性能非常稳定,是目前制造热电阻的最好材料。它的长时间稳定的复现性可达10-4K,是目前测温复现性一种温度计,广泛应用于温度基准、标准的传递和工业在线测量。
铂电阻的特点是:检测精度高;稳定性好;性能可靠;复现性好;在氧化性介质中,即使是在高温情况下仍有稳定的物理、化学性能。但它的缺点是电阻温度系数小,电阻与温度呈非线性,在还原性介质中,尤其在高温情况下,易被从氧化物中还原出来的蒸汽所玷污,使铂丝变脆,从而改变其电阻与温度之间的关系。因此,在高温下不宜在还原性介质中使用。另外,铂是贵重金属,资源少,价格较高。式中,R100为100℃时的电阻值;R0为0℃时的电阻值。
由特性方程可知,铂电阻的R0值有10Ω、50Ω、100Ω和1000Ω,对应的分度号分别为Pt10、Pt50、Pt100和Pt1000,其中应用的是Pt100。热电阻的分度表(给出阻值和温度的关系)可查阅相关资料。在实际测量中,只要测得铂热电阻的阻值Rt,便可从分度表中查出对应的温度值。
金属热电阻由于铂是贵重金属,因此,在一些测量精度要求不高且温度较低的场合,普遍采用铜热电阻进行温度的测量,测量范围一般为-50℃~150℃。在此温度范围内线性关系好,灵敏度比铂电阻高,容易提纯、加工,价格便宜,复现性能好。但是铜易于氧化,一般只用于150℃以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。与铂相比,铜的电阻率低,所以铜电阻的体积较大。
热电阻是由电阻体、绝缘套管和接线盒等主要部件组成的,其中,电阻体是热电阻的最主要部分。虽然各种金属材料的电阻率均随温度变化,但作为热电阻的材料,则要求,电阻温度系数要大,以便提高热电阻的灵敏度;电阻率尽可能大,以便在相同灵敏度下减小电阻体尺寸;热容量要小,以便提高热电阻的响应速度;在整个测量温度范围内,应具有稳定的物理和化学性能;电阻与温度的关系最好接近于线性;应有良好的可加工性,且价格便宜。根据上述要求及金属材料的特性,目前使用的热电阻材料是铂和铜。另外,随着低温测量技术的发展,已开始采用铟、锰、碳、铑、镍、铁等材料。当温度t为-200℃≤t≤0℃时
利用导体或半导体材料的电阻率随温度变化的特性制成的传感器叫做热电阻式传感器,它主要用于对温度与温度有关的参量进行检测。测温范围主要在中、低温区域(-200℃~650℃)。随着科学技术的发展,使用范围也不断扩展,低温方面已成功地应用于1K~3K的温度测量,而在高温方面,也出现了多种用于1000℃~1300℃的电阻温度传感器。其测温元件可分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。
式中,Rt,R0是温度分别为t和0℃时的铂电阻值;A,B,C为常数,对W(100)=1.391,有A=3.96847*10-3/℃,B=-5.847*10-7/℃,C=-4.22*10-12/℃4。
W(100)越高,表示铂丝纯度越高,国际实用温标规定,作为基准器的铂电阻,比值W(100)不得小于1.3925。目前技术水平已达到W(100)=1.3930,与之相应的铂纯度为99.9995%,工业用铂电阻的电阻比W(100)为1.387~1.390。