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熱敏電阻

熱敏電阻是一種傳感器電阻，其電阻值隨著溫度的變化而改變。按照溫度系數不同分為正溫度系數熱敏電阻（PTC thermistor，即 Positive Temperature Coefficient thermistor）和負溫度系數熱敏電阻（NTC thermistor，即 Negative Temperature Coefficient thermistor）。正溫度系數熱敏電阻器的電阻值隨溫度的升高而增大，負溫度系數熱敏電阻器的電阻值隨溫度的升高而減小，它們同屬于半導體器件。

熱敏電阻的主要特點是：

1、靈敏度較高，其電阻溫度系數要比金屬大10～100倍以上，能檢測出10-6℃的溫度變化；

2 、工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55℃～315℃，高溫器件適用溫度高于315℃（目前最高可達到2000℃），低溫器件適用于-273℃～-55℃；

3、體積小，能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體內血管的溫度；

4、使用方便，電阻值可在0.1～100kΩ間任意選擇；

5、易加工成復雜的形狀，可大批量生產；

6、穩定性好、過載能力強。

熱敏電阻電阻轉溫度（Steinhart-Hart方程式），公式如下所示：

參數解析：

T = 溫度，單位開

a，b，c = Steinhart-Hart方程式常數

R=電阻，單位歐姆

熱敏電阻溫度轉電阻（Steinhart-Hart方程式），公式如下所示：

參數解析：

R = 電阻值，單位QT=溫度，單位開

a， b，c = Steinhart-Hart方程式常數

x, y =溫度到電阻換算方程式中用到的Steinhart-Hart因子

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RTD特性

RTD（Resistance Temperature Detector），電阻溫度檢測器，是一種特殊的電阻，其阻值會隨著溫度的升高而變大，隨著溫度的降低而減小。工業上利用它的這一特性進行溫度測量，因此RTD也被俗稱為“熱電阻”。

并不是所有的金屬都適合做成RTD，符合這一特性的材料需要滿足如下幾個要求：

1、該金屬的電阻值與溫度變化能呈線性關系;

2、該金屬對溫度的變化比較敏感，即單位溫度變化引起的阻值變化(溫度系數)比較大;

3、該金屬能夠抵抗溫度變化造成的疲勞，具有好的耐久性。

符合該要求的金屬并不多，常見的RTD材料有：鉑（Pt）、鎳（Ni）和銅（Cu）。

以鉑熱電阻為例，根據其電阻值的不同，又可分為PT50、PT100、PT200、PT500和PT1000等。名稱中的數值表示熱電阻在0℃下的電阻值。比如：PT100，表示該傳感器在0℃下的電阻值為100Ω；而PT1000，則表示該傳感器在0℃下的電阻值為1000Ω。

根據RTD熱電阻的引出線的數量的不同，RTD可分為兩線制、三線制和四線制。

兩線制RTD的引線是直接在電阻的兩端引出兩條導線到測溫模塊上。測溫模塊采用電橋平衡的原理，RTD作為電橋的一個臂進行測量。兩線制RTD的示意圖如下所示：

兩線制RTD傳感器沒有考慮引出導線的電阻，誤差較大，僅適用于精度要求不高的場合。

為了消除RTD引線對測量結果的影響，許多RTD采用三線制形式。三線制是在兩線制的基礎上，從電阻的—端引出第三條線，如下圖所示：

三線制RTD可以在很大程度上消除傳感器引線本身對測量結果的影響，檢測精度比兩線制有很大的提高。

四線制RTD是在三線制的基礎上又增加了一條線，即電阻的兩端各有兩條線，如下圖所示：

四線制RTD可以完全消除引線電阻的影響，精度非常高，一般用在實驗室或者對精度要求很高的場合。

RTD的線性度優于熱電偶，是目前最精確和最穩定的溫度傳感器。但由于電阻的變化需要時間，因此其響應速度較慢，同時其價格也相對較貴，適用于對精度有一定要求且成本控制不嚴的場合。

RTD溫度與電阻換算，公式如下所示：

參數解析：

Rrtd= 溫度范圍內（-200℃

R = 對于PT100為100W，對于PT1000為1000W

A0，B0，C0 = Callendar-Van Dusen 常數

T = 溫度，單位攝氏度（℃）

RTD電阻與溫度換算方程式（T>℃)

這個公式可以轉換為以下形式，當T≥0℃時，公式如下所示：

參數解析：

Rrtd = 溫度范圍內（-200℃ < T < 850℃）的RTD電阻

R = 100W

A0，B0，C0 = Callendar-Van Dusen 常數

T = 溫度，單位攝氏度（℃）

針對不同RTD標準的Callendar-Van Dusen系數如下表所示：

舉個例子，電阻值為120Ω的 ITS-90 PT100溫度是多少?答案如下所示：

當T＜0℃時，公式如下所示：

參數解析：

T = 溫度，單位攝氏度（℃)

Rrtd = 溫度范圍內（T<0℃）的RTD電阻

ai = T<0℃時，將RTD電阻換算為溫度的多項式系數

針對5階RTD電阻至溫度換算的系數如下表所示：

舉個例子，電阻值為60Ω的 ITS-90 PT100溫度是多少?答案如下所示：

之前我做過一款上位機可實現PT100電阻溫度轉換，將該部分公式代碼分享給各位，如下所示：

# PT100電阻轉溫度 def Res_To_Temp(self): try: pt100_rtd = float(self.lineEdit_pt100_temp1.text()) if pt100_rtd != "": # 0到850℃ if 100 < pt100_rtd <= 390.4811: self.lineEdit_pt100_temp2.setText(format(((-self.A)+(math.sqrt(pow(self.A, 2) - ((4*self.B)*(1 - (pt100_rtd/self.R0))))))/(2*self.B), '.4f')) # -200到0℃ elif 18.5201 <= pt100_rtd < 100: self.lineEdit_pt100_temp2.setText(format((-242.02) + (2.2228 * pt100_rtd) + (0.0025859 * pow(pt100_rtd, 2)) - (0.000004826 * pow(pt100_rtd, 3)) - (0.000000028183 * pow(pt100_rtd, 4)) + (0.00000000015243 * pow(pt100_rtd, 5)), '.4f')) # 0℃ elif pt100_rtd == 100: self.lineEdit_pt100_temp2.setText("0") else: QMessageBox.critical(self, "阻值范圍錯誤", "請輸入正確阻值！") except: QMessageBox.critical(self, "類型錯誤", "請輸入正確數據類型！")

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熱電偶

熱電偶（thermocouple）是把兩種不同材料的金屬的一端連接起來，利用熱電效應來測量溫度的傳感器，熱電效應是熱電偶的物理基礎（當給一段金屬絲的兩端施加不同的溫度時，金屬絲的兩端會產生電動勢，閉合回路后金屬絲中會有電流流過。這種現象被稱為熱電效應，也稱為塞貝克效應）。

通過下圖理解熱電偶的工作原理，用兩種不同顏色表示兩種不同的金屬材料，A、B端在常溫環境中用于測溫端口，稱為冷端，在C端進行加熱。由于熱電效應，在 A端和C端以及B端和C端之間溫度不同，所以會產生電勢差。而因為兩種金屬材料的不同，會導致這兩個電勢差不一樣，最終導致了A端和B端也有了電勢差，通過測量這兩個端的電勢差，根據熱電效應的線性關系就可以得出A（B）端 和C端的溫差。再通過一個已知溫度的校準值和兩種金屬的線性系數，就可以計算出任意輸出電勢差對應的溫度值了。

常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所謂標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒有統一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。標準化熱電偶中國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標準生產，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為中國統一設計型熱電偶。

從理論上講，任何兩種不同導體（或半導體）都可以配制成熱電偶，但是作為實用的測溫元件，對它的要求是多方面的。為了保證工程技術中的可靠性，以及足夠的測量精度，并不是所有材料都能組成熱電偶，一般對熱電偶的電極材料，基本要求如下所示：

1、在測溫范圍內，熱電性質穩定，不隨時間而變化，有足夠的物理化學穩定性，不易氧化或腐蝕；

2、電阻溫度系數小，導電率高，比熱小；

3、測溫中產生熱電勢要大，并且熱電勢與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數關系；

4、材料復制性好，機械強度高，制造工藝簡單，價格便宜。

本篇博文主要給各位分享J型熱電偶和K型熱電偶阻值溫度換算公式。

將溫度轉換為電壓的J型熱電偶（ITS-90標準），公式如下所示：

參數解析：

Vt = 熱電電壓

T = 溫度，單位攝氏度

Ci = 轉換系數

J型熱電偶溫度到電壓轉換系數，如下表所示：

將電壓轉換為溫度的J型熱電偶（ITS-90標準），公式如下所示：

參數解析：

Vt = 熱電電壓

T = 溫度，單位攝氏度

Ci = 轉換系數

J型熱電偶電壓到溫度轉換系數，如下表所示：

將溫度轉換為電壓的K型熱電偶（ITS-90標準），公式如下所示：

參數解析：

Vt = 熱電電壓

T = 溫度，單位攝氏度

C = 轉換系數

a0，a1 = 轉換系數

K型熱電偶溫度到電壓轉換系數，如下表所示：

將電壓轉換為溫度的K型熱電偶（ITS-90標準），公式如下所示：

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審核編輯 ：李倩