热电偶温度测量电路原理（热电阻测量温度原理）

热电阻和热电偶作为工业用温度传感器被广泛应用。热电阻由极细的金属线构成，主要使用铂、铜和镍等材料。符合JIS标准的热电阻只能由铂制成。

热电阻的特征

不能进行650℃以上的高温测量。

测量灵敏度约为热电偶的10倍。

能够长期稳定测量。

机械强度低。

响应慢，微小或狭窄处不易测量。

测量电流通过时产生热量。

抗干扰性强。

导线电阻会导致测量误差。

热电阻的类型

JIS标准规定了PT100Ω(在0℃)的温度电阻值。铂、铜、镍以及热敏电阻的温度和电阻率特性的关系如下图所示。在此，电阻率是指在任意测量温度下的电阻值Rt和在0℃下的电阻值Ro的比值。

各种金属的温度和电阻率的关系

如图所示，热电阻的元件形状有3种，目前陶瓷封装型占主导地位。陶瓷封装型用于带保护管的热电阻以及铠装热电阻。陶瓷与玻璃封装型的铂线裸线直径为几十微米左右，云母板型的约为0.05mm。引线则使用比元件线粗很多的铂合金线。

热电阻元件的种类

带保护管的热电阻图例

铠装热电阻

热电阻中通过一定的电流，用热电阻两端的电压值除以这个电流值就可以求得热电阻的电阻值，然后将其换算成温度。与热电偶温度传感器的本质区别不同，热电阻的温度检测部分必须有电流通过。在JIS标准(日本工业标准)中对这个电流值作出了规定，分别有0.5mA、1mA和2mA三种。电流值超过容许电流时会导致自身加热，从而容易产生测量误差。相反，如果电流过小，则产生的电压变低，测量就会变得很困难。所以，一般情况下使用2mA，高精度测量时使用0.5mA或1mA。通常情况下，热电阻安装在现场的生产设备上，电源与电压测量部件大多安装在仪器室中，因此测量时必须考虑热电阻与仪器室间的导线电阻。导线电阻会随着外部的温度发生变化，使用2线制引线型时会产生测量误差。为了避免这种误差，可以使用3线制或4线制引线型。一般情况下使用3线制，高精度测量时使用4线制。

热电阻的测量电路

通常热电阻为3线制，转换部分电路是由向热电阻输入电流的供电电路、导线电阻补偿电路、线性化电路以及传送信号转换电路组成。下图为热电阻输入转换功能模块的示例。图中省略断偶电路。

热电阻输入转换器功能模块图

导线电阻补偿电路

电路原理如下图所示。通过图中的公式可求得放大器输出电压Eo。当rA=rB、R1=R2时

Eo=(1 R3/R4)Rt I

此时不受导线电阻的影响， 输出仅随Rt变化而变化。

导线电阻补偿原理电路

线性化电路

下图为原理电路图。因为热电阻阻值的变化与温度的变化并不是线性关系，所以，热电阻的输出值Eo和温度也不是线性关系。为了使Eo和所测量的温度为比例关系，需要调整流过热敏电阻的电流。当温度上升时，电流不是维持恒定，而是稍微将电流变大，以维持Eo和所测量的温度之间的比例关系。

线性化原理电路

(参考)在0～650℃温度范围下，Pt100温度和电阻的关系可用以下公式表示。

Rt＝Ro(1 αt βt²)

Rt: 测量温度下的电阻值α : 常数 3.908×10-³℃-¹t : 温度℃

Ro: 0℃时的电阻值(Pt100为100Ω)β : 常数 -5.775×10-7℃-²

如图所示，热电阻的温度上升后放大器U1的正极输入电压就会降低，且电流I会变小。如果在热电阻中串联合适的Rc电阻，就可以抵消常数β和电流I变小带来的影响，可使输出Eo和温度成线性比例。根据公式Rc=(1-α²/β) Ro得出Rc的电阻值。(详细公式略)

转载:ThermoMan 空调试验室