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熱敏電阻

熱敏電阻是一種傳感器電阻，其電阻值隨著溫度的變化而改變。按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC thermistor，即 Positive Temperature Coefficient thermistor）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC thermistor，即 Negative Temperature Coefficient thermistor）。正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻值隨溫度的升高而增大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻值隨溫度的升高而減小，它們同屬于半導(dǎo)體器件。

熱敏電阻的主要特點(diǎn)是：

1、靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10～100倍以上，能檢測(cè)出10-6℃的溫度變化；

2 、工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55℃～315℃，高溫器件適用溫度高于315℃（目前最高可達(dá)到2000℃），低溫器件適用于-273℃～-55℃；

3、體積小，能夠測(cè)量其他溫度計(jì)無(wú)法測(cè)量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；

4、使用方便，電阻值可在0.1～100kΩ間任意選擇；

5、易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；

6、穩(wěn)定性好、過(guò)載能力強(qiáng)。

熱敏電阻電阻轉(zhuǎn)溫度（Steinhart-Hart方程式），公式如下所示：

參數(shù)解析：

T = 溫度，單位開(kāi)

a，b，c = Steinhart-Hart方程式常數(shù)

R=電阻，單位歐姆

熱敏電阻溫度轉(zhuǎn)電阻（Steinhart-Hart方程式），公式如下所示：

參數(shù)解析：

R = 電阻值，單位QT=溫度，單位開(kāi)

a， b，c = Steinhart-Hart方程式常數(shù)

x, y =溫度到電阻換算方程式中用到的Steinhart-Hart因子

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RTD特性

RTD（Resistance Temperature Detector），電阻溫度檢測(cè)器，是一種特殊的電阻，其阻值會(huì)隨著溫度的升高而變大，隨著溫度的降低而減小。工業(yè)上利用它的這一特性進(jìn)行溫度測(cè)量，因此RTD也被俗稱為“熱電阻”。

并不是所有的金屬都適合做成RTD，符合這一特性的材料需要滿足如下幾個(gè)要求：

1、該金屬的電阻值與溫度變化能呈線性關(guān)系;

2、該金屬對(duì)溫度的變化比較敏感，即單位溫度變化引起的阻值變化(溫度系數(shù))比較大;

3、該金屬能夠抵抗溫度變化造成的疲勞，具有好的耐久性。

符合該要求的金屬并不多，常見(jiàn)的RTD材料有：鉑（Pt）、鎳（Ni）和銅（Cu）。

以鉑熱電阻為例，根據(jù)其電阻值的不同，又可分為PT50、PT100、PT200、PT500和PT1000等。名稱中的數(shù)值表示熱電阻在0℃下的電阻值。比如：PT100，表示該傳感器在0℃下的電阻值為100Ω；而PT1000，則表示該傳感器在0℃下的電阻值為1000Ω。

根據(jù)RTD熱電阻的引出線的數(shù)量的不同，RTD可分為兩線制、三線制和四線制。

兩線制RTD的引線是直接在電阻的兩端引出兩條導(dǎo)線到測(cè)溫模塊上。測(cè)溫模塊采用電橋平衡的原理，RTD作為電橋的一個(gè)臂進(jìn)行測(cè)量。兩線制RTD的示意圖如下所示：

兩線制RTD傳感器沒(méi)有考慮引出導(dǎo)線的電阻，誤差較大，僅適用于精度要求不高的場(chǎng)合。

為了消除RTD引線對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，許多RTD采用三線制形式。三線制是在兩線制的基礎(chǔ)上，從電阻的—端引出第三條線，如下圖所示：

三線制RTD可以在很大程度上消除傳感器引線本身對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，檢測(cè)精度比兩線制有很大的提高。

四線制RTD是在三線制的基礎(chǔ)上又增加了一條線，即電阻的兩端各有兩條線，如下圖所示：

四線制RTD可以完全消除引線電阻的影響，精度非常高，一般用在實(shí)驗(yàn)室或者對(duì)精度要求很高的場(chǎng)合。

RTD的線性度優(yōu)于熱電偶，是目前最精確和最穩(wěn)定的溫度傳感器。但由于電阻的變化需要時(shí)間，因此其響應(yīng)速度較慢，同時(shí)其價(jià)格也相對(duì)較貴，適用于對(duì)精度有一定要求且成本控制不嚴(yán)的場(chǎng)合。

RTD溫度與電阻換算，公式如下所示：

參數(shù)解析：

Rrtd= 溫度范圍內(nèi)（-200℃

R = 對(duì)于PT100為100W，對(duì)于PT1000為1000W

A0，B0，C0 = Callendar-Van Dusen 常數(shù)

T = 溫度，單位攝氏度（℃）

RTD電阻與溫度換算方程式（T>℃)

這個(gè)公式可以轉(zhuǎn)換為以下形式，當(dāng)T≥0℃時(shí)，公式如下所示：

參數(shù)解析：

Rrtd = 溫度范圍內(nèi)（-200℃ < T < 850℃）的RTD電阻

R = 100W

A0，B0，C0 = Callendar-Van Dusen 常數(shù)

T = 溫度，單位攝氏度（℃）

針對(duì)不同RTD標(biāo)準(zhǔn)的Callendar-Van Dusen系數(shù)如下表所示：

舉個(gè)例子，電阻值為120Ω的 ITS-90 PT100溫度是多少?答案如下所示：

當(dāng)T＜0℃時(shí)，公式如下所示：

參數(shù)解析：

T = 溫度，單位攝氏度（℃)

Rrtd = 溫度范圍內(nèi)（T<0℃）的RTD電阻

ai = T<0℃時(shí)，將RTD電阻換算為溫度的多項(xiàng)式系數(shù)

針對(duì)5階RTD電阻至溫度換算的系數(shù)如下表所示：

舉個(gè)例子，電阻值為60Ω的 ITS-90 PT100溫度是多少?答案如下所示：

之前我做過(guò)一款上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)PT100電阻溫度轉(zhuǎn)換，將該部分公式代碼分享給各位，如下所示：

# PT100電阻轉(zhuǎn)溫度 def Res_To_Temp(self): try: pt100_rtd = float(self.lineEdit_pt100_temp1.text()) if pt100_rtd != "": # 0到850℃ if 100 < pt100_rtd <= 390.4811: self.lineEdit_pt100_temp2.setText(format(((-self.A)+(math.sqrt(pow(self.A, 2) - ((4*self.B)*(1 - (pt100_rtd/self.R0))))))/(2*self.B), '.4f')) # -200到0℃ elif 18.5201 <= pt100_rtd < 100: self.lineEdit_pt100_temp2.setText(format((-242.02) + (2.2228 * pt100_rtd) + (0.0025859 * pow(pt100_rtd, 2)) - (0.000004826 * pow(pt100_rtd, 3)) - (0.000000028183 * pow(pt100_rtd, 4)) + (0.00000000015243 * pow(pt100_rtd, 5)), '.4f')) # 0℃ elif pt100_rtd == 100: self.lineEdit_pt100_temp2.setText("0") else: QMessageBox.critical(self, "阻值范圍錯(cuò)誤", "請(qǐng)輸入正確阻值！") except: QMessageBox.critical(self, "類型錯(cuò)誤", "請(qǐng)輸入正確數(shù)據(jù)類型！")

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熱電偶

熱電偶（thermocouple）是把兩種不同材料的金屬的一端連接起來(lái)，利用熱電效應(yīng)來(lái)測(cè)量溫度的傳感器，熱電效應(yīng)是熱電偶的物理基礎(chǔ)（當(dāng)給一段金屬絲的兩端施加不同的溫度時(shí)，金屬絲的兩端會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，閉合回路后金屬絲中會(huì)有電流流過(guò)。這種現(xiàn)象被稱為熱電效應(yīng)，也稱為塞貝克效應(yīng)）。

通過(guò)下圖理解熱電偶的工作原理，用兩種不同顏色表示兩種不同的金屬材料，A、B端在常溫環(huán)境中用于測(cè)溫端口，稱為冷端，在C端進(jìn)行加熱。由于熱電效應(yīng)，在 A端和C端以及B端和C端之間溫度不同，所以會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差。而因?yàn)閮煞N金屬材料的不同，會(huì)導(dǎo)致這兩個(gè)電勢(shì)差不一樣，最終導(dǎo)致了A端和B端也有了電勢(shì)差，通過(guò)測(cè)量這兩個(gè)端的電勢(shì)差，根據(jù)熱電效應(yīng)的線性關(guān)系就可以得出A（B）端 和C端的溫差。再通過(guò)一個(gè)已知溫度的校準(zhǔn)值和兩種金屬的線性系數(shù)，就可以計(jì)算出任意輸出電勢(shì)差對(duì)應(yīng)的溫度值了。

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。所謂標(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)化熱電偶中國(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)化熱電偶為中國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。

從理論上講，任何兩種不同導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）都可以配制成熱電偶，但是作為實(shí)用的測(cè)溫元件，對(duì)它的要求是多方面的。為了保證工程技術(shù)中的可靠性，以及足夠的測(cè)量精度，并不是所有材料都能組成熱電偶，一般對(duì)熱電偶的電極材料，基本要求如下所示：

1、在測(cè)溫范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，不隨時(shí)間而變化，有足夠的物理化學(xué)穩(wěn)定性，不易氧化或腐蝕；

2、電阻溫度系數(shù)小，導(dǎo)電率高，比熱??；

3、測(cè)溫中產(chǎn)生熱電勢(shì)要大，并且熱電勢(shì)與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數(shù)關(guān)系；

4、材料復(fù)制性好，機(jī)械強(qiáng)度高，制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。

本篇博文主要給各位分享J型熱電偶和K型熱電偶阻值溫度換算公式。

將溫度轉(zhuǎn)換為電壓的J型熱電偶（ITS-90標(biāo)準(zhǔn)），公式如下所示：

參數(shù)解析：

Vt = 熱電電壓

T = 溫度，單位攝氏度

Ci = 轉(zhuǎn)換系數(shù)

J型熱電偶溫度到電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)，如下表所示：

將電壓轉(zhuǎn)換為溫度的J型熱電偶（ITS-90標(biāo)準(zhǔn)），公式如下所示：

參數(shù)解析：

Vt = 熱電電壓

T = 溫度，單位攝氏度

Ci = 轉(zhuǎn)換系數(shù)

J型熱電偶電壓到溫度轉(zhuǎn)換系數(shù)，如下表所示：

將溫度轉(zhuǎn)換為電壓的K型熱電偶（ITS-90標(biāo)準(zhǔn)），公式如下所示：

參數(shù)解析：

Vt = 熱電電壓

T = 溫度，單位攝氏度

C = 轉(zhuǎn)換系數(shù)

a0，a1 = 轉(zhuǎn)換系數(shù)

K型熱電偶溫度到電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)，如下表所示：

將電壓轉(zhuǎn)換為溫度的K型熱電偶（ITS-90標(biāo)準(zhǔn)），公式如下所示：

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審核編輯 ：李倩