方衛(wèi)峰

【摘要】目前，高速鐵路裝備的發(fā)展迅速，配套的傳感器也隨之進(jìn)入高速更新與發(fā)展階段，相關(guān)研究人員針對機(jī)車上用的一種基于鉑電阻pt100的溫度傳感器展開了研究與開發(fā)，這種溫度傳感器的優(yōu)勢測量精度高，穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單，但對結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)要求高?；诖?，本文對這種溫度傳感器進(jìn)行簡單的介紹，并對相關(guān)設(shè)計因素進(jìn)行大概的分析。

【關(guān)鍵詞】溫度傳感器；設(shè)計；研究

1.概述

隨著高速鐵路裝備的發(fā)展，國家鐵科院提出了對鐵路高速動車裝備的一系列標(biāo)準(zhǔn)化要求，針對機(jī)車上用的溫度傳感器也提出了一系列標(biāo)配化要求，如對熱感應(yīng)元件、安裝結(jié)構(gòu)件，應(yīng)用信號傳遞線纜等提出了標(biāo)配化的要求，其中最關(guān)鍵的熱感應(yīng)元件主推Pt100鉑熱電阻。

鉑的電阻/溫度關(guān)系比較穩(wěn)定，在較大的溫度范圍內(nèi)其化學(xué)性質(zhì)都不顯著，即在較大的溫度范圍內(nèi)，鉑電阻都是比較穩(wěn)定的。此外，鉑電阻還具有很好的延展性，可以拔成細(xì)絲。即使在對精度、強(qiáng)度、可靠性、穩(wěn)定性、復(fù)現(xiàn)性要求比較高的環(huán)境下，其物理化學(xué)性質(zhì)也是滿足相關(guān)要求的。正是因為如此，很多溫度測量使用的是鉑電阻溫度傳感器。但通常來說，常用的鉑電阻溫度傳感器（Pt100）的0℃阻值為100Ω。典型的pt100溫度/電阻特性曲線如圖1所示。

圖1 pt100溫度/電阻特性曲線

2.鉑電阻pt100溫度傳感器

鉑電阻的工作原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值隨著溫度增加而增加的特性。把變化的電阻信號通過引線傳遞到計算機(jī)控制裝置或其它二次儀表上來判定溫度變化。鉑電阻溫度傳感器的精度比較高、穩(wěn)定性比較好。正是因為如此，鉑電阻溫度傳感器被廣泛地應(yīng)用于相關(guān)的領(lǐng)域中，尤其是在進(jìn)行-200℃至850℃的溫度測量中，通常我們將這個溫度范圍定義為中低溫區(qū)。鉑電阻溫度傳感器不僅被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中，同時還被制成標(biāo)準(zhǔn)溫度計，用于對其它溫度傳感器進(jìn)行計量和校準(zhǔn)。

鉑電阻溫度傳感器可以分成兩種類型，第一種是裝配式鉑電阻。裝配式鉑電阻通常包括四個部分，分別為外保護(hù)管、測溫電阻、延長導(dǎo)線以及氧化鎂。裝配式鉑電阻產(chǎn)品的整體外形比較小巧，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也比較簡單。但是裝配式鉑電阻具有較快的反應(yīng)速度，反應(yīng)比較靈敏，同時還具有防水抗震的功能；第二種是鎧裝鉑電阻。鎧裝鉑電阻同樣是由四部分組成的。分別為電阻體、絕緣氧化鎂、保護(hù)管以及引線。不過鎧裝鉑電阻是將這四部分整體拉制而成的，而裝配式鉑電阻則是將其主要構(gòu)件裝配在一起。鎧裝鉑電阻產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。但卻具有靈敏性強(qiáng)、抗震性好、測溫范圍廣、可彎曲的優(yōu)點(diǎn)。鎧裝鉑電阻溫度傳感器主要應(yīng)用于環(huán)境溫度測量、液體溫度測量、冷凍冷藏溫度測量以及電機(jī)軸瓦溫度測量等。

3.測量溫度原理與主要誤差分析

本文中設(shè)計的溫度傳感器屬于熱電阻式溫度傳感器。熱電阻式溫度傳感器進(jìn)行溫度測量的主要原理就是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值會隨溫度的變化而變化。而在熱電阻式溫度傳感器中又以鉑電阻溫度傳感器的性能最好。鉑電阻溫度傳感器的穩(wěn)定性比較好，測量的精度最高。因此，鐵路機(jī)車最普遍選用鉑電阻溫度傳感器作為機(jī)車用溫度傳感器。

3.1測量原理

鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻與溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器。Pt100鉑電阻的溫度傳感器的溫度測量范圍為-200℃～850℃，電阻值與溫度的關(guān)系如下所示：

（1）-200℃Rt=Ro[1+At+Bt2+（t-100）t3]

（2）0℃