2.3.3 热电阻的结构、型号、主要规格及技术特性
(1)普通热电阻
普通热电阻通常由电阻体、绝缘子、保护套管和接线盒4个部分组成。除电阻体外,其余部分的结构和形状与热电偶的相应部分相同。
铂电阻体是用很细的铂丝绕在云母、石英或陶瓷支架上做成的,形状有平板形、圆柱形和螺旋形等。常用的WZB型铂电阻体由直径为0.03~0.07 mm的铂丝绕在云母片制成的平板形支架上。云母片边缘开有锯齿形的缺口,铂丝绕在齿缝内以防短路。铂丝绕成的绕组两面盖以云母片绝缘。为了改善热电阻的动态特性和增加机械强度,可在其两侧用金属薄片制成的夹持件将它们铆在一起。铂丝绕组的线端与φ1银丝引出线相焊,并穿以瓷套管加以绝缘和保护。
工业上还常用微型铂热电阻,它的体积小,热惯性小,气密性好。它是由刻有螺纹的圆柱形玻璃棒(高温铂电阻使用石英支架)上绕以φ0.04~φ0.05已退火的铂丝(石英支架用螺旋形铂丝)组成,引出线用0.5 mm的铂丝,外面套以φ4.5 mm的特殊玻璃管(或石英管)作为保护套管。
从减少引出线和连接导线电阻因环境温度变化所引起的测量误差考虑,希望铂电阻初始值R0越大越好,但R0太大,将使电阻体体积增大,热惯性也增大。同时,流过热电阻的测量电流在热电阻上产生的热量也增大,从而造成附加的测量误差。我国常用的工业铂电阻分度号Pt10取R0=10Ω,Pt100取R0=100Ω。铂热电阻分度特性参见分度表2.8。
铜电阻体是一个铜丝绕组(包括锰铜补偿部分),由直径为0.1 mm的高强度漆包铜线用双线无感绕法绕在圆柱形塑料支架上而成。
为了防止铜丝松散,加强机械固紧以及提高其导热性能,整个元件经过酚醛树脂(或环氧树脂)的浸渍处理后还必须进行烘干(同时也起老化作用),烘干温度为120℃,保持24 h,然后冷却至常温,再把铜丝绕组的出线端子与镀银铜丝制成的引出线焊牢,并穿以绝缘套管,或直接用绝缘导线与其焊接。
铜电阻的分度号Cu50取R0=50Ω,Cu100取R0=100Ω。分度特性见分度表2.8。
表2.8 热电阻的主要技术特性
此外,对电阻体引出线也有一定的要求,一般要求引出线对金属热电阻丝及连接的铜导线不会产生很大的热电势,且化学稳定性好。标准或规范型仪表用金或铂作引出线。工业用热电阻的引出线,高温下用银,低温下用铜。
热电阻的型号是采用汉语拼音字母表示的,第一个字母W表示温度,第二个字母Z表示热电阻,第三个字母则分别表示热电阻的分度号,铂电阻为P,铜电阻为C,镍电阻为N。
(2)特殊热电阻
1)铠装热电阻
铠装热电阻是将陶瓷骨架或玻璃骨架的感温元件装入细不锈钢管内,其周围用氧化镁牢固填充,保证它的3根引线与保护管之间,以及引线相互之间良好绝缘。充分干燥后,将其端头密封再经模具拉制成坚实的整体,称为铠装热电阻。
铠装热电阻同普通热电阻相比具有以下优点:
①外径尺才小,套管内为实体,响应速度快。
②抗震,可挠,使用方便,适于安装在结构复杂的部位。
③感温元件不接触腐蚀性介质,使用寿命长。
铠装热电阻的外径尺寸一般为2~8 mm,个别的可制成0.2 mm。常用温度为-200~600℃。
2)薄膜铂热电阻
薄膜铂热电阻是利用真空镀膜法将纯铂直接蒸镀在绝缘的基板上而制成的。它的测温范围是-50~600℃。由于薄膜热容量小,导热系数大,因此薄膜铂热电阻能够快速准确地测出表面的真实温度。
3)厚膜铂热电阻
厚膜铂热电阻是用高纯铂粉与玻璃粉混合,加有机载体调成糊状浆料,用丝网印刷在刚玉基片上,再烧结安装引线,调整电阻值。最后涂玻璃釉作为电绝缘保护层。
厚膜铂热电阻与线绕铂热电阻的应用范围基本相同。在表面温度测量及机械振动环境下应用明显优于线绕铂热电阻。