仪表中热电偶与热电阻的作用和区别分析

黎浩宏

摘要：在制药行业和化工行业，温度属于常见的热动参数，必须做好优化控制。温度是伴随物料化学或物理变化的常规条件，热电偶与热电阻在温度测量的期间，作用基本相同，然而原理、特点和适用环境不同。此次研究主要是探讨分析仪表中热电偶与热电阻的作用和区别。

关键词：仪表;热电偶;热电阻作用;区别

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克seeback效应，即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。热电偶和热电阻在工业温度测控中属于最常见的接触式测温，然而两者在工作原理、接线方式与测温范围中均存在显著差别，具体分析如下：

1、热电偶与热电阻的区别与特点

1.1热电偶与热电阻的区别

第一，工作原理区别：热电偶测温原理为热电效应，将两种不同导体和半导体连接为闭合回路。两个接端位置温度不同，回路中会产生热电势，又被称为“seeback”效应。回路中产生的热电势包含接触电势和温差电势。其中，接触电势是两种不同的导体接触时，由于电子密度不同，会产生电子扩散现象，当达到平衡后形成建立电势，接触电势大小取决于不同导体的材料性质与接触点温度。测温原理是基于导体或半导体的电阻而言，随着温度的持续变化，实现温度测量。

第二，热电偶与热电阻结构区别：普通型热电偶组成包括电偶保护套管、绝缘材料、热电极与接线盒。热电偶多采用带孔、耐高温陶瓷管为绝缘材料，从耐高温陶瓷管孔内引出热电极。保护套管的材料应当具备气密性良好、机械强度高、耐高温、耐腐蚀与热导率高性能，主要涉及到金属、非金属与金属陶瓷。当前常用的保护套管为不锈钢，可以应用于900℃以下工况。热电阻部分主要为电阻体、绝缘套管、保护套管与接线盒，在石英、陶瓷和塑料等绝缘骨架上，缠绕电阻丝，之后套上保护套管，将导热材料填充在套管和热电阻丝之间。

第三，材料区别。热电阻为金属材质，温度敏感变化比较明显。热电偶为双金属材料，采用不同的金属材料。因受到材料温度变化影响，因此不同金属丝两端会产生电势差。

第四，两种传感器检测的温度范围不同，热电阻多应用于0-400℃温度范围内测定;热电偶可以应用到0-1000℃温度范围。因此热电阻为低温检测，热电偶为高温检测。

第五，信号性质不同。热电阻本质为电阻，温度变化，会导致电阻发生正阻值或者负阻值变化。热电偶多产生感应电压变化，随着温度的变化而变化。

1.2工作特点

第一，热电偶特点在于测温范围宽，性能稳定，结构比较简单，动态响应良好。远传20mA电信号，可以实现集中化控制与自动化控制。

第二，热电阻的优势较多，可以远程传输电信号，具备较高灵敏度与稳定性，且准确性与互换性良好。然而需要电源激励时，无法检测瞬时温度变化。

2、热电阻分类和特点

2.1按照热电阻组成结构分类

普通型热电阻：按照测电阻测温原理能够看出，被测量的温度变化是通过电阻值变化反应的。因此热电阻引出的导线电阻变化，会温度测量的影响非常大。为了规避引线电阻所致不良影响，热电阻需要应用三线制、四线制补偿方式。

铠装型热电阻：相比于铠装型热电偶来说，铠装型热电阻组成包括不锈钢套管、绝缘材料、引线与感温元件。外径通常为φ2mm-φ8mm。与普通型热电阻相比，体积小，便于安装，且抗弯曲和抗冲击性能强，使用寿命长。

端面型热电阻：端面热电阻感温元件是采用电阻丝绕制，处理手法比较特殊，和温度计端面紧贴。相比于常规热电阻，端面型热电阻可以反映出被测端面实际温度，可以测量轴瓦断面的温度。

防爆型热电阻：此种热电阻的接线盒结构特殊，能够将电火花、电弧所产生的爆发与闪火控制在接线盒内，确保生产现场可以产生明火。防爆型热电阻可以应用到易燃易爆炸的场所，比如化学气体与蒸汽生产中。

2.2按照热电阻材质分类

铂电阻：铂具备较高的电阻率，电阻与温度关系为非线性关系。铂电阻的测温范围非常广，且测量精度高，材料提纯难度小，复现性良好。在高温天气、恶劣天气下，化学性质和物理性质稳定。当前所应用的工业铂电阻分度号八廓PT10、PT100。对于PT10来说，主要采用粗铂丝制作，可以测量高于600℃的温度。在0℃条件下，PT100电阻值为100，PT10的电阻值为10Ω，因此PT100比较常用。铂电阻测温范围通常在-200℃-850℃，当大于550℃高温时，只可应用到氧化反应中。在真空还原气氛内，电阻值会迅速漂移。

铜电阻：铜电阻电阻值和温度为线性关系，铜电阻材料成本低廉、提纯便利，电阻率为铂电阻的50%，但是铜电阻的热响应慢，体积大。当超过250℃环境温度时，铜介质极易氧化，因此工业用铜热电阻的工作温度范围在-40℃-120℃。

半导体热敏电阻：通常情况下，半导体热敏电阻可以应用到测温要求较低的场合内，主要为-50℃-350℃的低温段范围。工业化国家应用半导体热敏元件，制作温度传感器可以應用到多种温度测量、温度补偿、家电、汽车等温度控制要求较低的场景内。我国热电阻、热电偶均按照IEC国际标准生产，提升制定不同标准化热电偶，作为统一设计型热电偶。

3、热电偶与热电阻的实际应用领域区别

热电偶是热电动势随着温度变化而产生变化的元件，热电阻是电阻随着温度变化而发生变化的元件。一般情况下，热电偶用于高温环境下，热电阻用于低温环境下。当测量温度差大于500℃时，热电阻的阻值比较大，对温度测量结果的影响非常高，还会出现无法显示测量结果的问题。热电偶通过热电动势随着温度变化而产生变化实现测量，测定温度越高，则原子内的电子运动越激烈，电势反应灵敏度高。热电偶需要补偿导线时，热电阻无需补偿导线，热电阻的价格低于热电偶。尽管热电阻被广泛应用到工业生产中，然而却因测温范围所致应用受限制。热电阻测量需要电源激励，无法瞬时检测温度变化。

4、结束语

综上所述，温度是工业生产中非常重要的基础参数控制指标，测量任务主要是热力生产中的温度。从本质上看，热电偶与热电阻的区别在于掌握设备运行状态，能够维护设备安全与稳定。热电偶多应用于500℃以上的温度测量中，针对500℃以下的中低温测量，热电偶的输出热电势较小，因此对于二次仪表的抗干扰性能、放大器要求非常高，避免无法实现精确化测量。在低温区域，冷端温度变化所致误差比价明显。因此在测量中低温度时，主要应用热电阻温度测量仪表。

参考文献

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