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  一、热电阻温度传感器的发展
  在用来进行低温测量的热电阻温度计中,占比例最大的是铂电阻。ITS-90国际温标规定工业装置和实验研究的低温测量中,低温区13.8033K~273.16K范围内用铂电阻作标准温度计。目前,各国普遍将铂电阻温度计用于较精密的测量。
  按照正式实施的技术标准体系划分,铂电阻温度计有四个“派别”,除了在传感器外壳技术要求方面不一致外,分度表也不相同。1983年国际电工委员会(CIEC)正式颁布的铂电阻技术标准,采用电阻比W=R(100℃)/R(0℃)=1.3850的分度表。俄罗斯和一些东欧国家自成体系,采用W=R(100℃)/R(0℃)=1.3910的分度表,日本采用W=R(100℃)/R(0℃)=1.3916的分度表。
  美国也有自己的铂电阻技术标准,它采用W=1.3920的分度表,但这个标准不是强制性的,而是推荐性的。美国大部分铂电阻公司既生产符合美国技术标准的产品,也生产其他标准的产品,即按照客户的需要进行供应。此外,美国一些铂电阻公司对自己产品提出的要求甚至超过了国际电工委员会的规定,从这一点可以看出美国人的商业观念和产品意识。此外,美国铂电阻行业为了适应核电站、核工厂以及高可靠性场合的需要,正在大力开发、试验、生产高可靠性铂电阻温度计,并制定了相应的高标准,代表了目前国际上最先进的技术水平。
  在电阻材料方面,美国研制成功直径4μm钨丝制成的电阻温度计,可测量80K~400K,温度变化频率为30Hz的氦气温度,研制成的碳电阻温度计,定点测量几十mK到30K的低温,复现性达0.005K。日本研制出利用锑化锢材料做成的半导体温度传感器,用于150K以下的低温温度测量,30K以上展示较好的线性,灵敏度高,离散性小。德国1888年首创的精密锰铜电阻,至今为止仍然是最稳定的电阻材料,近年试制成功的一种锗搀杂的锰铜,被用来制作精密铜电阻温度计。

  由于常用的低温电阻温度计在低温状态下比热变小,所以易受外部干扰,产生较大误差。为解决这一问题,日本研究了利用铌薄膜作电极制造的低温温度计。由于铌薄膜能在一极窄的温度范围内产生超导转移,所以可以利用这一特定温度来进行温度计的自我校正和经时变化的监视,以提高测量的可靠性,灵敏度随温度降低而增加,从室温的0.25Ω/K到4.2K的96Ω/K。
  铂电阻的发展越来越依靠工艺装备。近年来,国际上铂电阻生产厂用真空沉积、阴极溅射和烧结浆料等不同工艺方法推出一种新薄膜铂电阻,这种膜层工艺改变了原来的线绕工艺制造铂电阻,在一些需表面、小区域和快速测温以及需高阻值元件的场合特别适用。薄膜铂电阻在法国、德国生产发展很快,有完整的流水线,产量也很高。
  二、热电阻温度传感器的原理与应用
  金属都具有晶体结构,正离子按照一定的方式排列形成各种晶格,从原子中分离出来的电子,可以在晶格间做自由无规则的热运动。自由电子在晶格间的运动速度非常的快,运动又是杂乱无章的。自由电子的热运动速度是变化的,它的速度与温度有着密切的关系。温度越高其运动的速度越快,自由电子布满了整个金属体,这与密封在容器里的气体分子非常相似。它的热运动速度与温度的关系类似理想气体,当金属导体中有电场存在时,每个自由电子都受电场力的作用。当温度升高时,无规则的热运动节奏加快,导致了金属电阻率的增加。所以,金属导体电阻随温度升高而变大。因为金属材料的电阻值会随温度的变化而改变,并呈现出一定的函数关系,利用这一特性制成温度传感器来进行温度测量。热电阻传感器就是用金属导体或金属化合物做测温介质,利用随温度而变化的电阻值作为测温量。
  工业铂热电阻的温度范围为-200至850℃,工业铜热电阻适用于-50至150℃。都是由接线盒、接线柱、接线座、保护管、内引线及感温元件组成。制造热电阻的丝材一般为纯金属,如铂、铜、镍、钨、锢等。虽然有很多导体的电阻随着温度的变化而变化,但并不是所有的材料都能用来制造热电阻。根据现场实际测量温度的需要,用来制造传感器配件热电阻的材料有如下要求:
  (1)大的电阻温度系数。即温度每变化1℃时,金属相应的阻值变化要尽量大一些,这样比较容易被电测仪表反映出来。
  (2)大的电阻率。在一定的温度下,导体的电阻除了和导体材料有关,还与导体的长度成正比,与导体的横截面积成反比;当电阻值一定时,热电阻丝的电阻率越大,则可用较短的热电阻丝制成热电阻,从而使热电阻传感器的体积减小。体积小的热电阻,热容量小,其热响应时间也变小,因此在测量温度时,对温度的变化反应更迅速。
  (3)电阻与温度关系特性好。热电阻丝的电阻值与温度的关系包括两个方面:一是要求在整个温度测量范围内,其电阻与温度关系最好是呈线性关系,或者只需要一个方程式,即电阻值和温度的关系是单值函数;二是要求同一种材料,每批材料都应符合它的电阻值与温度关系特性要求,也就是同一种材料的复现性或复制性好。
  (4)物理化学性能稳定且容易提纯。在整个温度测量范围内要求其物理化学性能很稳定,不易被反应或和周围介质发生任何作用。因为制造热电阻的材料非常的细,当它的截面稍有缩小时,电阻将明显增大,使所测得的温度偏大,从而引入过大的误差。
  (5)测温范围要宽、价格低、膨胀系数与骨架材料有较好的匹配性。
  沧州利坤电子有限公司http://www.czlkdz.com)是一家从设计、生产到销售的专业的五金冲压件电子冲压件,主要给广大客户提供:五金冲压件、各种传感器外壳(包括传感器铝壳传感器铜壳不锈钢外壳)等产品,我公司生产的五金冲压类广泛应用于汽车工业、工程机械、建筑工程、家具五金、制冷设备以及船舶、机床等制造工业中。
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