近些年来,家研制出很多的敏感元件,它们能响应温度,或者能随温度变化而改变自身的某些特性。在这里,我们主要关注的是可以用电子器件监控的敏感元件,输出量用电子方式检测的敏感元件主要有以下5类:(1)热电偶;(2)阻性温度传感器;(3)热敏电阻;(4)硅温度传感器;(5)红外温度传感器。
在这5类温度敏感元件中,现在市场上比较流行的,适用于中温段、精度较高的阻性温度传感器是铂电阻温度传感器。铂金属的电阻值具有随着温度的升高而增大的性质,即具有所谓正的电阻温度系数(3000~7000ppm/℃)。因此,通过测量金属电阻值的变化,可以测量出其对应的温度。适合制作测温电阻器的金属材料,除了铂以外,还有铜和镍等。铂的纯度可以高达99.以上,是制作温度传感器的材料,再加上下述的优点,使得铂成为了较为理想的测温电阻器材料:
(1)熔点高达1768℃,无论化学性质,还是电学性质都非常稳定;
(2)富有延展性,容易加工成极细的金属丝;
(3)电阻一温度特性呈现良好的线性。
以铂为材料制作成的测温电阻器叫做铂电阻。铂电阻是一种性能稳定,测温范围宽达-200℃~+650℃,在温度测量中不可欠缺的温度传感器,近几年,出了钡」量温度超过1000℃的铂电阻。传统的铂电阻以在云母板上或者在陶瓷板上缠绕电阻丝的绕线型为主,最近出现了适合于工业化生产的廉价的薄膜型或者厚膜型的铂电阻。这些膜式的铂电阻除了具有可以跟随环境温度波动,热响应的优点外,还由于容易获得高电阻值,而具有容易进行电路设计的特点。特别是在低功率消耗的应用中,是一种的器件。目前,铂电阻规格的标准是日本工业标准JISC1604-1989,与IEC751(电工学会标准)相一致,统一为3850ppm/℃,标称电阻值为100Ω。
铂电阻的发展,主要取决于其核心部件一铂热电阻元件的发展。铂热电阻从传统的云母型铂热电阻元件、陶瓷封装型铂热电阻元件、玻璃铂热电阻元件发展到近几年来的厚膜铂热电阻元件、薄膜铂热电阻元件,这说明铂热电阻元件的主要趋势是膜式结构的产品,尤其是薄膜铂热电阻元件,但是这些元件各自有各自良好的性能,因此云母型铂热电阻元件和陶瓷封装型铂热电阻元件在目前的使用中也常常见到,下面我们看一下常用的铂电阻。
(1)云母型铂电阻
云母型铂电阻是在两侧带有许多沟槽的云母板上,缠绕铂电阻丝(30~40μm),然后再将它夹在用于绝缘的云母板中间而构成的。而且,在外面还要套上半圆形的不锈钢弹簧板,以减小电阻丝承受的应力。
(2)陶瓷封装型铂电阻
陶瓷封装型铂电阻是将制作成螺旋形的高纯度铂电阻丝装入氧化铝陶瓷外壳中,其底部用耐热玻璃料固定起来而构成的。由于可以减小铂电阻丝承受的热应力,因此它具有:使用温度高,电阻值误差小,重复性与长期稳定性都很好等优点。
(3)能的玻璃封装型铂电阻
玻璃封装型铂电阻是将铂电阻丝绕制在的玻璃体上,调整好0℃时的电阻值以后,再将其封入的玻璃管中构成的。其热响应,绝缘性能、耐水性能、耐气性能等都非常优良。
(4)适用于工业化生产的薄膜型铂电阻
卷绕型铂电阻的缺点是难以实现工业化生产的低成本。薄膜型铂电阻是在陶瓷管上形成铂薄膜而制成的。而金属膜电阻能够适用于工业化生产技术,因此,这是一种通过工业化生产可以降低成本的结构。
这种铂电阻的电阻温度系数为3850ppm/℃,使用时可以根据需要选择适合测量电路的型号。