热电阻温度计
热电阻温度计是利用导体( 或半导体) 的电阻值随着温度变化这一特性进行温度测量的。通常由热电阻、显示仪表以及连接导线所组成, 主要用于测量中、低温区的温度测量。
1. 热电阻的结构和材料
热电阻通常都是由电阻体、绝缘子、保护套管和接线盒4 部分组成的。除电阻体外, 其余部分的结构和形状与热电偶的相应部分相同, 故从略。
将电阻丝绕在具有一定形状的支架上, 便是电阻体。
常用热电阻有:
(1 ) 铂电阻
金属铂容易提纯, 在氧化性介质中具有很高的物理化学稳定性, 测温精度高, 测量范围广; 但在高温下易受还原性介质沾污, 改变电阻与温度间的关系。
铂电阻的型号为WZP , 分度号为Pt100 , 0℃ 时的电阻值为100Ω, 测温范围为- 200～+ 500℃。
(2 ) 铜电阻
铜容易加工提纯, 价格便宜, 灵敏度高, 且电阻与温度成线性关系, 在- 50～ + 150℃测温范围内, 具有很好的稳定性, 缺点是当温度超过150℃后易被氧化, 体积大。
铜电阻的型号为WZC, 分度号为Cu50 , 0℃ 时的电阻值为50Ω, 测温范围为- 50 ～100℃。
2. 热电阻常见故障分析
热电阻经常出现的故障是电阻丝断路和短路, 其中前者较后者为多, 这是由于电阻丝较细和由于受拉伸或振动所致。断路和短路都是比较容易判断的, 用万用表的电阻档即可。
热电阻常见的几种故障是:
(1 ) 显示仪表指示无穷大可能原因是热电阻或引出线断路。
(2 ) 显示仪表指示值比实际值低或为负值可能原因是:
①保护管内有金属屑、灰尘, 接线柱积灰;
②热电阻短路;
③热电阻与显示仪表接线有错。
(3 ) 显示仪表示值不稳
图1 - 67 直流电桥原理图
可能原因是: 接线柱处积灰或接线柱接触不良。
3. 直流电桥(便携式电桥)
直流电桥是一种比较式测量仪表, 可用来测电阻和非电量,直流电桥的原理图见图1 - 67 所示。
在图中, R3 和R4 是已知的两个标准电阻, R2 为可以读数的可调电阻, Rt 为未知待测电阻, 在桥路c 和d 之间接直流电源, a 和b 之间接检流计, K1 、K2 是开关。
测量方法:
合上K1 接通电源, 再合K2 接通检流计, 这时检流计的指针会发生偏转, 适当调节可变电阻R2 , 使检流计指针指零( Ig = 0) , 电桥处于平衡状态。
由Ig = 0 可知, a 和b 点等电位, 即Va = Vb , 则有: Uc a = Ucb Uad = Ub d 根据欧姆定律Uc a = I3 R3 Uc b = I4 R4
Uad = I2 R2 Ub d = I1 Rt
也可写成I1 Rt = I2 R2 I3 R3 = I4 R4
将上两式相除得I1 Rt/I4 R4=I2 R2/I3 R3
当电桥处于平衡状态时, 有I3 = I2 I1 = I4则有
Rt/R4=R2/R3或Rt·R3 = R2·R4
于是被测电阻Rt 等于Rt =R4/R3·R2 ( 1 - 61)
结论: 当直流电桥在平衡状态时, 电桥相对臂电阻的乘积相等。其中R3 、R4 、R2 的数值均已知, Rt 即可算出, 所以直流电桥可以很方便的测量电阻。
图1 - 68 平衡电桥原理
4. 平衡电桥测温原理
图1 - 68 是平衡电桥的简单示意图。图中Rt为热电阻, 它与R2 、R3 、R4 、Rp 组成电桥, Rp是带有刻度数值的滑线电阻。E 是供电电源, G为接在对角线AB 上的检流计。
当温度在量程下限时, Rt 有最小值Rto , 滑动触点应在Rp 的右端, 即r1 = Rp , r2 = 0 , 此时电桥的平衡原理是:
R3 ( Rto + Rp ) = R2 · R4 (1 - 62)
当温度升高后, 假定热电阻变化了ΔR, 要使平衡继续保持, 滑动触点必须左移, 滑动触点将电阻Rp 分为左右两端, 分别为r1 、r2 , 且r1 = Rp - r2 , 此时电桥的平衡条件为:
R3 ( Rto + ΔRt + Rp - r2 ) = R2 ( R4 + r2 ) (1 - 63)
将式( 1 - 63) 减去式(1 - 62 ) , 便得:
ΔRt · R3 - r2 R3 = R2 · r2
所以有: r2 =R3[R2 + R3]·ΔRt (1 - 64)

从1 - 64 式可知, 在测量范围内, 当电桥达到平衡时, 滑动触点A 的位置就可以反应电阻的变化, 即反应了温度的变化。如标以温度值, 就可以显示出对应Rt 时的被测温度值。
如果将检流计换成放大器, 用可逆电机来调节触头的位置, 就变成了自动平衡电桥。