儀表中熱電偶與熱電阻的作用和區別分析

黎浩宏

摘要：在制藥行業和化工行業，溫度屬于常見的熱動參數，必須做好優化控制。溫度是伴隨物料化學或物理變化的常規條件，熱電偶與熱電阻在溫度測量的期間，作用基本相同，然而原理、特點和適用環境不同。此次研究主要是探討分析儀表中熱電偶與熱電阻的作用和區別。

關鍵詞：儀表;熱電偶;熱電阻作用;區別

熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一，熱電偶工作原理是基于賽貝克seeback效應，即兩種不同成分的導體兩端連接成回路，如兩連接端溫度不同，則在回路內產生熱電流的物理現象。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。熱電偶和熱電阻在工業溫度測控中屬于最常見的接觸式測溫，然而兩者在工作原理、接線方式與測溫范圍中均存在顯著差別，具體分析如下：

1、熱電偶與熱電阻的區別與特點

1.1熱電偶與熱電阻的區別

第一，工作原理區別：熱電偶測溫原理為熱電效應，將兩種不同導體和半導體連接為閉合回路。兩個接端位置溫度不同，回路中會產生熱電勢，又被稱為“seeback”效應。回路中產生的熱電勢包含接觸電勢和溫差電勢。其中，接觸電勢是兩種不同的導體接觸時，由于電子密度不同，會產生電子擴散現象，當達到平衡后形成建立電勢，接觸電勢大小取決于不同導體的材料性質與接觸點溫度。測溫原理是基于導體或半導體的電阻而言，隨著溫度的持續變化，實現溫度測量。

第二，熱電偶與熱電阻結構區別：普通型熱電偶組成包括電偶保護套管、絕緣材料、熱電極與接線盒。熱電偶多采用帶孔、耐高溫陶瓷管為絕緣材料，從耐高溫陶瓷管孔內引出熱電極。保護套管的材料應當具備氣密性良好、機械強度高、耐高溫、耐腐蝕與熱導率高性能，主要涉及到金屬、非金屬與金屬陶瓷。當前常用的保護套管為不銹鋼，可以應用于900℃以下工況。熱電阻部分主要為電阻體、絕緣套管、保護套管與接線盒，在石英、陶瓷和塑料等絕緣骨架上，纏繞電阻絲，之后套上保護套管，將導熱材料填充在套管和熱電阻絲之間。

第三，材料區別。熱電阻為金屬材質，溫度敏感變化比較明顯。熱電偶為雙金屬材料，采用不同的金屬材料。因受到材料溫度變化影響，因此不同金屬絲兩端會產生電勢差。

第四，兩種傳感器檢測的溫度范圍不同，熱電阻多應用于0-400℃溫度范圍內測定;熱電偶可以應用到0-1000℃溫度范圍。因此熱電阻為低溫檢測，熱電偶為高溫檢測。

第五，信號性質不同。熱電阻本質為電阻，溫度變化，會導致電阻發生正阻值或者負阻值變化。熱電偶多產生感應電壓變化，隨著溫度的變化而變化。

1.2工作特點

第一，熱電偶特點在于測溫范圍寬，性能穩定，結構比較簡單，動態響應良好。遠傳20mA電信號，可以實現集中化控制與自動化控制。

第二，熱電阻的優勢較多，可以遠程傳輸電信號，具備較高靈敏度與穩定性，且準確性與互換性良好。然而需要電源激勵時，無法檢測瞬時溫度變化。

2、熱電阻分類和特點

2.1按照熱電阻組成結構分類

普通型熱電阻：按照測電阻測溫原理能夠看出，被測量的溫度變化是通過電阻值變化反應的。因此熱電阻引出的導線電阻變化，會溫度測量的影響非常大。為了規避引線電阻所致不良影響，熱電阻需要應用三線制、四線制補償方式。

鎧裝型熱電阻：相比于鎧裝型熱電偶來說，鎧裝型熱電阻組成包括不銹鋼套管、絕緣材料、引線與感溫元件。外徑通常為φ2mm-φ8mm。與普通型熱電阻相比，體積小，便于安裝，且抗彎曲和抗沖擊性能強，使用壽命長。

端面型熱電阻：端面熱電阻感溫元件是采用電阻絲繞制，處理手法比較特殊，和溫度計端面緊貼。相比于常規熱電阻，端面型熱電阻可以反映出被測端面實際溫度，可以測量軸瓦斷面的溫度。

防爆型熱電阻：此種熱電阻的接線盒結構特殊，能夠將電火花、電弧所產生的爆發與閃火控制在接線盒內，確保生產現場可以產生明火。防爆型熱電阻可以應用到易燃易爆炸的場所，比如化學氣體與蒸汽生產中。

2.2按照熱電阻材質分類

鉑電阻：鉑具備較高的電阻率，電阻與溫度關系為非線性關系。鉑電阻的測溫范圍非常廣，且測量精度高，材料提純難度小，復現性良好。在高溫天氣、惡劣天氣下，化學性質和物理性質穩定。當前所應用的工業鉑電阻分度號八廓PT10、PT100。對于PT10來說，主要采用粗鉑絲制作，可以測量高于600℃的溫度。在0℃條件下，PT100電阻值為100，PT10的電阻值為10Ω，因此PT100比較常用。鉑電阻測溫范圍通常在-200℃-850℃，當大于550℃高溫時，只可應用到氧化反應中。在真空還原氣氛內，電阻值會迅速漂移。

銅電阻：銅電阻電阻值和溫度為線性關系，銅電阻材料成本低廉、提純便利，電阻率為鉑電阻的50%，但是銅電阻的熱響應慢，體積大。當超過250℃環境溫度時，銅介質極易氧化，因此工業用銅熱電阻的工作溫度范圍在-40℃-120℃。

半導體熱敏電阻：通常情況下，半導體熱敏電阻可以應用到測溫要求較低的場合內，主要為-50℃-350℃的低溫段范圍。工業化國家應用半導體熱敏元件，制作溫度傳感器可以應用到多種溫度測量、溫度補償、家電、汽車等溫度控制要求較低的場景內。我國熱電阻、熱電偶均按照IEC國際標準生產，提升制定不同標準化熱電偶，作為統一設計型熱電偶。

3、熱電偶與熱電阻的實際應用領域區別

熱電偶是熱電動勢隨著溫度變化而產生變化的元件，熱電阻是電阻隨著溫度變化而發生變化的元件。一般情況下，熱電偶用于高溫環境下，熱電阻用于低溫環境下。當測量溫度差大于500℃時，熱電阻的阻值比較大，對溫度測量結果的影響非常高，還會出現無法顯示測量結果的問題。熱電偶通過熱電動勢隨著溫度變化而產生變化實現測量，測定溫度越高，則原子內的電子運動越激烈，電勢反應靈敏度高。熱電偶需要補償導線時，熱電阻無需補償導線，熱電阻的價格低于熱電偶。盡管熱電阻被廣泛應用到工業生產中，然而卻因測溫范圍所致應用受限制。熱電阻測量需要電源激勵，無法瞬時檢測溫度變化。

4、結束語

綜上所述，溫度是工業生產中非常重要的基礎參數控制指標，測量任務主要是熱力生產中的溫度。從本質上看，熱電偶與熱電阻的區別在于掌握設備運行狀態，能夠維護設備安全與穩定。熱電偶多應用于500℃以上的溫度測量中，針對500℃以下的中低溫測量，熱電偶的輸出熱電勢較小，因此對于二次儀表的抗干擾性能、放大器要求非常高，避免無法實現精確化測量。在低溫區域，冷端溫度變化所致誤差比價明顯。因此在測量中低溫度時，主要應用熱電阻溫度測量儀表。

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