热敏电阻、RTD、热电偶的原理和特性

目录

1、热敏电阻

2、RTD特性

3、热电偶

4、热敏电阻、RTD、热电偶的区别

1、热敏电阻

热敏电阻是一种传感器电阻，其电阻值随着温度的变化而改变。按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻（PTC thermistor，即 Positive Temperature Coefficient thermistor）和负温度系数热敏电阻（NTC thermistor，即 Negative Temperature Coefficient thermistor）。正温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而增大，负温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而减小，它们同属于半导体器件。

热敏电阻的主要特点是：

1、灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；

2 、工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～-55℃；

3、体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；

4、使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；

5、易加工成复杂的形状，可大批量生产；

6、稳定性好、过载能力强。

热敏电阻电阻转温度（Steinhart-Hart方程式），公式如下所示：

参数解析：

• T = 温度，单位开
• a，b，c = Steinhart-Hart方程式常数
• R=电阻，单位欧姆

热敏电阻温度转电阻（Steinhart-Hart方程式），公式如下所示：

参数解析：

• R = 电阻值，单位QT=温度，单位开
• a， b，c = Steinhart-Hart方程式常数
• x, y =温度到电阻换算方程式中用到的Steinhart-Hart因子

2、RTD特性

RTD（Resistance Temperature Detector），电阻温度检测器，是一种特殊的电阻，其阻值会随着温度的升高而变大，随着温度的降低而减小。工业上利用它的这一特性进行温度测量，因此RTD也被俗称为“热电阻”。

并不是所有的金属都适合做成RTD，符合这一特性的材料需要满足如下几个要求：

1、该金属的电阻值与温度变化能呈线性关系;

2、该金属对温度的变化比较敏感，即单位温度变化引起的阻值变化(温度系数)比较大;

3、该金属能够抵抗温度变化造成的疲劳，具有好的耐久性。

符合该要求的金属并不多，常见的RTD材料有：铂（Pt）、镍（Ni）和铜（Cu）。

以铂热电阻为例，根据其电阻值的不同，又可分为PT50、PT100、PT200、PT500和PT1000等。名称中的数值表示热电阻在0℃下的电阻值。比如：PT100，表示该传感器在0℃下的电阻值为100Ω；而PT1000，则表示该传感器在0℃下的电阻值为1000Ω。

根据RTD热电阻的引出线的数量的不同，RTD可分为两线制、三线制和四线制。

两线制RTD的引线是直接在电阻的两端引出两条导线到测温模块上。测温模块采用电桥平衡的原理，RTD作为电桥的一个臂进行测量。两线制RTD的示意图如下所示：

两线制RTD传感器没有考虑引出导线的电阻，误差较大，仅适用于精度要求不高的场合。

为了消除RTD引线对测量结果的影响，许多RTD采用三线制形式。三线制是在两线制的基础上，从电阻的—端引出第三条线，如下图所示：

三线制RTD可以在很大程度上消除传感器引线本身对测量结果的影响，检测精度比两线制有很大的提高。

四线制RTD是在三线制的基础上又增加了一条线，即电阻的两端各有两条线，如下图所示：

四线制RTD可以完全消除引线电阻的影响，精度非常高，一般用在实验室或者对精度要求很高的场合。

RTD的线性度优于热电偶，是目前最精确和最稳定的温度传感器。但由于电阻的变化需要时间，因此其响应速度较慢，同时其价格也相对较贵，适用于对精度有一定要求且成本控制不严的场合。

RTD温度与电阻换算，公式如下所示：

参数解析：

• Rrtd = 温度范围内（-200℃