一種新型高溫抗振鉑電阻

趙玉柱　陳福江

[摘要]介紹一種新型高溫抗振鉑電阻測溫元件。從儀表元件的原理、結構設計、制作工藝等方面進行分析論述，并提供相應的實驗數據。對實驗數據從穩定性、抗振性等方面進行誤差分析，顯示出該鉑電阻測溫元件的突出優點，可用于高溫振動條件下的溫度測量，具有一定的實用價值。

[關鍵詞]鉑電阻 抗振 高溫 燒結

中圖分類號：O52文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0120033－01

一、引言

熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩定。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用最多的是鉑和銅，此外，現在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它廣泛應用于工業測溫。同類產品有：云母鉑電阻，玻璃鉑電阻，陶瓷內繞式鉑電阻，膜式鉑電阻，石英鉑電阻等，工作中各有優缺點，本文將闡述一種性能優良的整體燒結式高溫抗振陶瓷鉑電阻。

二、熱電阻的工作原理

熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的變化而變化這一特性來進行溫度測量的，只要測量出感溫熱電阻的阻值變化，就可以測量出溫度。

目前主要有金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。

金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示，即Rt=Rt0[1+α(t-t0)]。

式中，Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0℃）時對應電阻值；α為溫度系數。半導體熱敏電阻的阻值和溫度關系為：Rt=AeB/t。

式中Rt為溫度為t時的阻值；A、B取決于半導體材料的結構的常數。

熱敏電阻的測溫范圍只有-50-300℃左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測和控制。金屬熱電阻一般適用于-200-500℃范圍內的溫度測量，其特點是測量準確、穩定性好、性能可靠。

三、鉑電阻產品的性能特點

1．云母鉑電阻：它是將鉑絲燒在片狀邊緣有牙的云母骨架上，再有絕緣云母片及外不銹鋼夾件等構成。他的特點是工藝簡單，成本低，不抗污染，使用過程中阻值越用越大，長期穩定性差。

2．玻璃鉑電阻：目前該鉑電阻在市場上基本消失，缺點是易壞。

3．陶瓷內繞式鉑電阻，它的優點在于制造工藝簡單，外觀好，可在很低的溫度下使用（如-200℃），缺點是振動場合不能勝任。它的結構是將鉑絲制成彈簧狀，貫穿于兩孔或四孔的精制瓷管中，將各孔中的鉑絲進行串聯于一端引線引出。不抗震的原因在于：它的內部繞阻好比垂吊的電爐絲，在高溫狀態時，好似電爐絲通電，電爐絲通電后爐絲變軟，隨時間的延長出現上部爐絲匝間距增大，下部爐絲匝間距減小，爐絲的通電電流越大，溫度越高，效果越明顯，這時稍有振動，下部匝間就會短路，內繞式鉑電阻之所以溫度越高時越不抗振就是這個道理。

4．膜式鉑電阻：從根本上解決了前三種形式鉑電阻的弊病，但由于所用金屬太少（一般薄膜厚度3，厚膜厚度7），它的抗過載能力很差，當焊接時電流通過電阻體構成回路時，將原來的精度改變。另外，由于100 的線條過于集中在3.2×1.6mm的陶瓷基片上，而且單面受熱，使得它的自然系數增大，所以它的檢測電流只有0.5mA以下，而我國目前生產和使用的二次儀表給一次元件提供的檢測電流為1-5mA（一般為3mA），這樣一來元件會由于檢測電流過大而產生的溫度升高超過了標準。

5．整體燒結式陶瓷鉑電阻，抗過載能力強，自熱小，體積較小（2.2×8mm），抗震，響應速度快，高可靠，高穩定性，長壽命，彌補了同類產品的不足。

四、高溫抗振鉑電阻的結構設計與制作

1．鉑電阻在結構上如圖1示；

2．該鉑電阻在結構上采用了引線在反端與電阻體（5處）燒結在一起，貫穿于電阻體引出.引線與電阻體燒結處的陶瓷避開拉應力，使引線固定處堅固，電阻體與引線燒結處在外力作用下不至于開裂；

3．另一優點體現在鉑絲外繞于電阻體上且用陶瓷覆蓋，燒為一體，使得反應速度快；

4．鉑絲分布在電阻體外表面，有效散熱面積大，且皮薄散熱快，所以自熱系數小；

5．鉑絲被燒結約束在陶瓷的剛性體內，不怕振動，長期穩定性及壽命都有5-10倍于其它形式鉑電阻的提高；

6．由于元件的燒結溫度都高于最高使用溫度約300℃左右（-200℃-500℃件用800℃燒結，-200℃-800℃件用900℃燒結），鉑絲的膨脹系數大于陶瓷的膨脹系數，所以在燒結溫度時鉑絲取得最大的體積.隨著溫度的降低，陶瓷固化在鉑絲外圍形成殼體.在使用溫度范圍內，從微觀上講，鉑絲屬于工作在一絲一腔的自由狀態。如鉑絲通

入較大的電流。只要鉑絲加熱體積膨脹后仍在剛性殼體容積以內，不破壞殼體或使之變形，元件固有參數不變。

五、結束語

高溫抗振鉑電阻從投產至今已充分證明了該型鉑電阻在-200℃-500℃溫區的高可靠、長壽命的優秀品質。在該溫區內它的可靠性和壽命與熱電偶相差不多，可測0-900或0-1000℃，代替熱電偶。與電偶相比成品增加少，壽命基本不降，但測量精度大大提高，可產生測溫領域的革命。在要求精度高的場合完全可以用鉑電阻代替熱電偶。在所標量程范圍內均為安全可靠，在（300-800）℃溫區內獨樹一幟。執行標準為《中華人民共和國機械行業標準》JB/T 8622-1997，本標準符合IEC751:1983的電阻-----溫度關系公式及分度表的技術要求，效果良好，深受歡迎。

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