熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。

　　1．熱電阻測(cè)溫原理及材料

　　熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開(kāi)始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。

　　2．熱電阻的結(jié)構(gòu)

　　（1）精通型熱電阻 工業(yè)常用熱電阻感溫元件（電阻體）的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)見(jiàn)表2-1-11。從熱電阻的測(cè)溫原理可知，被測(cè)溫度的變化是直接通過(guò)熱電阻阻值的變化來(lái)測(cè)量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來(lái)影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制

　　（2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小，內(nèi)部無(wú)空氣隙，熱慣性上，測(cè)量滯后小；②機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；③能彎曲，便于安裝④使用壽命長(zhǎng)。8 t- H$ W： q- t8 u;

　　（3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面，其結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。

　　（4）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla~B3c級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。

　　3．熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的組成

　　/ U8 f3 @$熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點(diǎn)：熱電阻和顯示儀表的分度號(hào)必須一致為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響，必須采用三線制接法。

　　熱電偶（thermocouple）是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件，它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過(guò)電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調(diào)節(jié)器配套使用。

　　1．熱電偶測(cè)溫基本原理

　　將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因而在回路中形成一個(gè)大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。

　　2．熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成（1）熱電偶的種類

　　常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒(méi)有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。

　　標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國(guó)從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。

　　（2）熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下：

　　① 組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固；② 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；③ 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；④ 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。

　　3．熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償

　　由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱 電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷 端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過(guò)100℃。

　　采用Pt100 測(cè)量溫度一般有兩種方案：

　　1.設(shè)計(jì)一個(gè)恒流源通過(guò)Pt100 熱電阻，通過(guò)檢測(cè)Pt100 上電壓的變化來(lái)?yè)Q算出溫度； 2.采用惠斯頓電橋，電橋的四個(gè)電阻中三個(gè)是恒定的，另一個(gè)用Pt100 熱電阻，當(dāng)Pt100電阻值變化時(shí)，測(cè)試端產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，由此電勢(shì)差換算出溫度。

　　如圖3 所示，是以華邦的78E51 單片機(jī)為處理器，采用恒流源為信號(hào)獲取電路的測(cè)溫方案，恒流源通過(guò)Pt100 熱電阻，溫度變化引起Pt100 電阻值的變化，從引起電壓的變化，放大后經(jīng)AD 采用后，送由單片機(jī)處理，換算出相應(yīng)溫度。為了達(dá)到高精度、寬量程的測(cè)溫要求，選用的是AD 轉(zhuǎn)換芯片是12 位串行AD 芯片MAX1270。

　　圖3 采用恒流源的Pt100 測(cè)溫方案

　　4.1 通過(guò)改善Pt100 接線方式對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償

　　鉑熱電阻的使用，一般有三種接法，分別是二線制接法、三線制接法和四線制接法，如圖4 所示，不同的接法適應(yīng)于不同的精度要不求。

　　1.二線制接法：如圖4（a）所示，這種接法不考慮Pt100 電纜的導(dǎo)線電阻，將A/D 采樣端與電流源的正極輸出端接在一起，這種接法由于沒(méi)有考慮測(cè)溫電纜的電阻，因此只能適用于測(cè)溫距離較近的場(chǎng)合。

　　2.三線制接法：如圖4（b）所示，這種接法增加了用于A/D 采樣的補(bǔ)償線，三線制接法消除了連接導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差，這種接法適用于中等測(cè)溫距離的場(chǎng)合。

　　3.四線制接法：如圖4（c）所示，這種接法不僅增加了A/D 采樣補(bǔ)償線，還加了一條A/D對(duì)地的補(bǔ)償線，這樣可以近一步的減小測(cè)量誤差，可以用于測(cè)溫距離較遠(yuǎn)的場(chǎng)合。如果只從精度上考慮，采用四線制接法效果最好。 4.2 通過(guò)對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行濾波減小隨機(jī)誤差

　　數(shù)字濾波的前提是對(duì)同一數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采樣，在單片機(jī)系統(tǒng)中一般有以下幾種方法： 1.中值濾波：一般采樣5、7 次，排序后取中間值。 2.算術(shù)平均濾波：一般采樣8 次，求平均值。

　　3.去極值平均濾波：去掉最大最小值后求平均值一般采樣10、12 次。 4.加權(quán)平均濾波：各加權(quán)系數(shù)之和為1。

　　5.滑動(dòng)平均濾波：本次采樣值和前n 次采樣值求平均。

　　數(shù)據(jù)濾波方法選用要視現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和被測(cè)對(duì)象而定，在本系統(tǒng)中采用的是去極值均值濾波，算術(shù)平均濾波不能將明顯的脈沖干擾或粗大誤差消除，只能將其影響削弱。因明顯干擾或粗大誤差使采樣值遠(yuǎn)離其實(shí)際值，可以比較容易地將其剔除，不參與平均值計(jì)算，從而使平均濾波的輸出值更接近真實(shí)值。

　　4.3 通過(guò)插值算法校正Pt100 的非線性度

　　由Pt100 的特性可知，雖然Pt100 的線性度比較好，但是由于其溫度—電阻函數(shù)關(guān)系并非線性，用單片機(jī)運(yùn)算則占用資源和時(shí)間都比較多。通常采用查表和線性插值算法進(jìn)行標(biāo)度變換的方法計(jì)算出溫度，不僅運(yùn)算快、占用單片機(jī)內(nèi)部資源少，而且可以一定程度上對(duì)Pt100 進(jìn)行線性化校正，從而達(dá)到非常精確的測(cè)溫效果。