一种新型高温抗振铂电阻

赵玉柱　陈福江

[摘要]介绍一种新型高温抗振铂电阻测温元件。从仪表元件的原理、结构设计、制作工艺等方面进行分析论述，并提供相应的实验数据。对实验数据从稳定性、抗振性等方面进行误差分析，显示出该铂电阻测温元件的突出优点，可用于高温振动条件下的温度测量，具有一定的实用价值。

[关键词]铂电阻 抗振 高温 烧结

中图分类号：O52文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0120033－01

一、引言

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它广泛应用于工业测温。同类产品有：云母铂电阻，玻璃铂电阻，陶瓷内绕式铂电阻，膜式铂电阻，石英铂电阻等，工作中各有优缺点，本文将阐述一种性能优良的整体烧结式高温抗振陶瓷铂电阻。

二、热电阻的工作原理

热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的变化而变化这一特性来进行温度测量的，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。

目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。

金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即Rt=Rt0[1+α(t-t0)]。

式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为：Rt=AeB/t。

式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。

热敏电阻的测温范围只有-50-300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200-500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠。

三、铂电阻产品的性能特点

1．云母铂电阻：它是将铂丝烧在片状边缘有牙的云母骨架上，再有绝缘云母片及外不锈钢夹件等构成。他的特点是工艺简单，成本低，不抗污染，使用过程中阻值越用越大，长期稳定性差。

2．玻璃铂电阻：目前该铂电阻在市场上基本消失，缺点是易坏。

3．陶瓷内绕式铂电阻，它的优点在于制造工艺简单，外观好，可在很低的温度下使用（如-200℃），缺点是振动场合不能胜任。它的结构是将铂丝制成弹簧状，贯穿于两孔或四孔的精制瓷管中，将各孔中的铂丝进行串联于一端引线引出。不抗震的原因在于：它的内部绕阻好比垂吊的电炉丝，在高温状态时，好似电炉丝通电，电炉丝通电后炉丝变软，随时间的延长出现上部炉丝匝间距增大，下部炉丝匝间距减小，炉丝的通电电流越大，温度越高，效果越明显，这时稍有振动，下部匝间就会短路，内绕式铂电阻之所以温度越高时越不抗振就是这个道理。

4．膜式铂电阻：从根本上解决了前三种形式铂电阻的弊病，但由于所用金属太少（一般薄膜厚度3，厚膜厚度7），它的抗过载能力很差，当焊接时电流通过电阻体构成回路时，将原来的精度改变。另外，由于100 的线条过于集中在3.2×1.6mm的陶瓷基片上，而且单面受热，使得它的自然系数增大，所以它的检测电流只有0.5mA以下，而我国目前生产和使用的二次仪表给一次元件提供的检测电流为1-5mA（一般为3mA），这样一来元件会由于检测电流过大而产生的温度升高超过了标准。

5．整体烧结式陶瓷铂电阻，抗过载能力强，自热小，体积较小（2.2×8mm），抗震，响应速度快，高可靠，高稳定性，长寿命，弥补了同类产品的不足。

四、高温抗振铂电阻的结构设计与制作

1．铂电阻在结构上如图1示；

2．该铂电阻在结构上采用了引线在反端与电阻体（5处）烧结在一起，贯穿于电阻体引出.引线与电阻体烧结处的陶瓷避开拉应力，使引线固定处坚固，电阻体与引线烧结处在外力作用下不至于开裂；

3．另一优点体现在铂丝外绕于电阻体上且用陶瓷覆盖，烧为一体，使得反应速度快；

4．铂丝分布在电阻体外表面，有效散热面积大，且皮薄散热快，所以自热系数小；

5．铂丝被烧结约束在陶瓷的刚性体内，不怕振动，长期稳定性及寿命都有5-10倍于其它形式铂电阻的提高；

6．由于元件的烧结温度都高于最高使用温度约300℃左右（-200℃-500℃件用800℃烧结，-200℃-800℃件用900℃烧结），铂丝的膨胀系数大于陶瓷的膨胀系数，所以在烧结温度时铂丝取得最大的体积.随着温度的降低，陶瓷固化在铂丝外围形成壳体.在使用温度范围内，从微观上讲，铂丝属于工作在一丝一腔的自由状态。如铂丝通

入较大的电流。只要铂丝加热体积膨胀后仍在刚性壳体容积以内，不破坏壳体或使之变形，元件固有参数不变。

五、结束语

高温抗振铂电阻从投产至今已充分证明了该型铂电阻在-200℃-500℃温区的高可靠、长寿命的优秀品质。在该温区内它的可靠性和寿命与热电偶相差不多，可测0-900或0-1000℃，代替热电偶。与电偶相比成品增加少，寿命基本不降，但测量精度大大提高，可产生测温领域的革命。在要求精度高的场合完全可以用铂电阻代替热电偶。在所标量程范围内均为安全可靠，在（300-800）℃温区内独树一帜。执行标准为《中华人民共和国机械行业标准》JB/T 8622-1997，本标准符合IEC751:1983的电阻-----温度关系公式及分度表的技术要求，效果良好，深受欢迎。

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