溫度屬SI國(guó)際單位制七個(gè)基本單位之一，是最常見(jiàn)、最重要的物理量。在工業(yè)領(lǐng)域中，溫度測(cè)量也是過(guò)程測(cè)量中最常見(jiàn)和最重要的組成部分，且對(duì)生產(chǎn)效率、安全和質(zhì)量有著舉足輕重的影響。在工業(yè)過(guò)程中，溫度測(cè)量常常面臨高溫、高壓和擾動(dòng)大等嚴(yán)酷工業(yè)環(huán)境，同時(shí)過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制也要求溫度測(cè)量元件有著較高的準(zhǔn)確度、重復(fù)性、穩(wěn)定性和可靠性。熱電阻溫度計(jì)（簡(jiǎn)稱為RTD）具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，性能穩(wěn)定，測(cè)溫范圍廣，測(cè)量準(zhǔn)確度及靈敏度高，無(wú)需參考點(diǎn)，輸出信號(hào)大，且便于信號(hào)的遠(yuǎn)傳、自動(dòng)記錄和集中控制等特點(diǎn)，因而具備滿足工業(yè)苛刻需求的能力，故在石油、化工、電力、制藥等工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。
熱電阻溫度計(jì)是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值，隨溫度變化而變化的熱阻特性來(lái)測(cè)量溫度的一種溫度檢測(cè)儀表。最早問(wèn)世于19世紀(jì)末，至今其實(shí)際應(yīng)用已有一百多年歷史。熱電阻溫度計(jì)的分類，以鉑熱電阻為例，常按準(zhǔn)確度等級(jí)分為標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻溫度計(jì)（SPRT）、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻溫度計(jì)（SSPRT）和工業(yè)級(jí)鉑熱電阻溫度計(jì)。SPRT測(cè)溫范圍大（-200 °C～1000 °C），準(zhǔn)確度最高（在整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)可達(dá)±0.001 °C），制作成本也最高，僅適合于標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室用。SSPRT測(cè)溫范圍較小（-200 °C～500 °C），準(zhǔn)確度在整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)可達(dá)±0.03 °C，制作成本適中，適合于作為標(biāo)準(zhǔn)參照溫度計(jì)。工業(yè)級(jí)鉑熱電阻溫度計(jì)則專門適合于工業(yè)環(huán)境使用，其耐久性幾乎等同于熱電偶，測(cè)溫范圍可取-200 °C～850 °C或0 °C～850 °C，其準(zhǔn)確度最高可達(dá)±（0.15+2X10-3t） °C。
工業(yè)熱電阻溫度計(jì)測(cè)量所適用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)主要有國(guó)際電工委員會(huì)的IEC 60751:2008“Industrial platinum resistance thermometers and platinumtemperature sensors”（工業(yè)鉑熱電阻溫度計(jì)及鉑感溫元件）、IEC 61152:1992“Dimensions of metalsheathed thermometer elements”（金屬護(hù)套式溫度計(jì)元件的尺寸）、IEC 61520:2000“metal thermowells for thermometer sensors – Functional dimensions”（感溫元件用金屬溫度套管-功能尺寸），美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)的ASME PTC 19.3-1974“Temperature measurement”（溫度測(cè)量）、ASME PTC 19.3TW-2010“The rmowe l l s”（溫度套管），美國(guó)材料與試驗(yàn)學(xué)會(huì)的ASTM E644-11“Standard test methods for testing industrial resistance thermometers”（工業(yè)熱電阻溫度計(jì)測(cè)試方法）、ASTM E1137/E1137M-08 (2014)“Standard specification for industrial platinum resistance thermometers”（工業(yè)鉑熱電阻溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范）、ASTM E2593-12“St a n d a r d guide for accuracy verification of industrial platinum resistance thermometers”（工業(yè)鉑熱電阻溫度計(jì)準(zhǔn)確度檢驗(yàn)導(dǎo)則）等。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 30121-2013“工業(yè)鉑熱電阻及鉑感溫元件”（等同采用IEC 60751:2008）、JJG 229-2010“工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程”、JJG 684-2003“表面鉑熱電阻檢定規(guī)程”、JJF 1098-2003“熱電偶、熱電阻自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范”等，行業(yè)制造標(biāo)準(zhǔn)有JB/T 8622-1997“工業(yè)鉑熱電阻技術(shù)條件及分度表” 、J B/T 8 6 2 3 -1997“工業(yè)銅熱電阻技術(shù)條件及分度表”等。工業(yè)用熱電阻溫度計(jì)主要由熱電阻感溫元件、內(nèi)引線、保護(hù)管三部分構(gòu)成。熱電阻感溫元件是用于傳感溫度的電阻器，又由熱電阻絲和絕緣骨架組成。常用金屬熱電阻絲材料有鉑、銅、鎳等，其主要特點(diǎn)見(jiàn)表1。常用絕緣骨架類型有云母骨架、玻璃骨架、陶瓷骨架和塑料骨架等。內(nèi)引線是熱電阻溫度計(jì)出廠時(shí)自身所帶的引線，其作用是使感溫元件能與外部測(cè)量及控制裝置相連接，常用的材料有銀絲、銅絲和鎳絲等，接線方式有兩線制、三線制和四線制三種方式。
表1：常用熱電阻絲材料一覽表
保護(hù)管是用于保護(hù)感溫元件、內(nèi)引線免受環(huán)境有害影響的管狀物，有可拆卸式和不可拆卸式兩種，其材質(zhì)有金屬、非金屬等多種材料。
在所有的常用溫度測(cè)量?jī)x表中，熱電阻的準(zhǔn)確度最高。此外，熱電阻的穩(wěn)定性、靈敏度、重復(fù)性、長(zhǎng)期漂移量、線性度等指標(biāo)均優(yōu)于熱電偶，因而其使用中核驗(yàn)成本相對(duì)較低。例如，在環(huán)境適宜時(shí)，熱電阻可在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持0.1℃以下的穩(wěn)定性。又如在0℃下用Pt100鉑熱電阻測(cè)溫，溫度每變化1℃，其電阻值約變化0.4Ω，若通過(guò)電流為2mA，則其電壓輸出值為800μV。
相比熱電偶而言，在相同條件下，即使采用靈敏度較高的K型熱電偶，其熱電動(dòng)勢(shì)變化也只有約40μV。熱電阻對(duì)于EMI電磁干擾和RFI射頻干擾均不敏感。熱電阻最大的不足是其抗機(jī)械沖擊和振動(dòng)性能差，熱響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，不宜測(cè)量溫度瞬變劇烈的介質(zhì)。因此，為改善熱電阻的使用性能，有時(shí)將熱電阻感溫元件，裝入經(jīng)壓制、密實(shí)的氧化鎂類絕緣、有內(nèi)引線的金屬套管內(nèi)，焊接感溫元件與內(nèi)引線后，再將裝有感溫元件的金屬套管端頭填充、焊封成堅(jiān)實(shí)整體，形成所謂的鎧裝熱電阻。鎧裝熱電阻較之帶保護(hù)管的熱電阻，具有外徑尺寸小，響應(yīng)速度快，抗振，可彎曲，使用方便，適于安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測(cè)溫部位，且感溫元件不接觸有害介質(zhì)，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
常用工業(yè)熱電阻溫度計(jì)，按其感溫元件結(jié)構(gòu)，可分為繞線式（即將金屬絲繞在絕緣骨架上構(gòu)成感溫元件，常用于環(huán)境惡劣場(chǎng)合，常用溫度范圍-200 °C～850 °C）、薄膜式（即采用真空鍍膜等方法制成純金屬膜，具有靈敏度高，響應(yīng)快，外形尺寸小，便于安裝在狹小場(chǎng)所，成本低等特點(diǎn)。常用溫度范圍-200 °C～800 °C）和線圈式（采用小型感溫線圈，將其插入中空的高溫?zé)铺沾裳趸軆?nèi)，并用極細(xì)的陶瓷粉末填實(shí)，已開(kāi)始取代繞線式。溫度范圍可達(dá)-200 °C～1000 °C）等類型。由于結(jié)構(gòu)及用料原因，薄膜式熱電阻通常較繞線式耐振性能好，價(jià)格便宜，但繞線式較薄膜式測(cè)溫范圍較寬，準(zhǔn)確度也更高。而線圈式則是繞線式的變種，由于采用感溫線圈及其獨(dú)特的安裝結(jié)構(gòu)，線圈可隨溫度變化自由伸縮且不會(huì)變形，而且還不會(huì)受其它材料的接觸干擾，故適用于高準(zhǔn)確度和快速響應(yīng)的場(chǎng)合，但因制造較難，因而僅有某些發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始在工業(yè)中大量采用。
熱電阻溫度計(jì)按其感溫元件材質(zhì)， 可分為金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體兩大類。金屬類有鉑熱電阻、銅熱電阻、鎳熱電阻、銠鐵及鉑鈷合金熱電阻等。工業(yè)中應(yīng)用最多的是鉑熱電阻和銅熱電阻。半導(dǎo)體類有鍺、碳和熱敏電阻等。鉑熱電阻常用使用溫度范圍為-200℃～850℃，具有準(zhǔn)確度高，性能穩(wěn)定，互換性好，超寬范圍內(nèi)的極佳線性度等優(yōu)點(diǎn)。值得說(shuō)明的是，工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中有P t10、P t20、P t50、Pt100、Pt200、Pt300、Pt500、Pt1000和P t2000等分度號(hào)產(chǎn)品，而國(guó)家熱電阻標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定了P t10和P t100兩種分度號(hào)，故在計(jì)算非標(biāo)產(chǎn)品允許誤差時(shí)，應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行相應(yīng)的換算。銅熱電阻具有電阻溫度系統(tǒng)較大，易制造，價(jià)格便宜，互換性和線性度好的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是固有電阻太小，中溫易氧化等。故通常使用溫度范圍為-50℃～150℃，常用于測(cè)量電動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)的繞組溫度等。過(guò)去Cu50分度號(hào)熱電阻應(yīng)用較為普遍，但現(xiàn)在基本讓位于Cu100和Cu1000分度號(hào)產(chǎn)品，因后者分辨率更高，準(zhǔn)確度更好。鎳熱電阻的電阻溫度系統(tǒng)約為鉑的1.5倍，但制造工藝復(fù)雜，互換性差，300℃以上線性度不佳，故其測(cè)溫范圍通常為-50℃～300℃。國(guó)際上只有德國(guó)、美國(guó)等少數(shù)國(guó)家有應(yīng)用。
銠鐵及鉑鈷合金熱電阻主要用于低溫測(cè)量，在低溫工程和深冷領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如銠鐵熱電阻尤其適用于測(cè)量30K以下，甚至1K的超低溫。此外，熱敏電阻由于具有靈敏度高、電阻值高、體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)時(shí)間短、功耗小、化學(xué)穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展迅速，大量應(yīng)用于家電、汽車等的溫度測(cè)量， 在- 4 0 ℃ ～350℃民用測(cè)溫場(chǎng)合，已基本取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。但其主要缺點(diǎn)是，阻值與溫度關(guān)系呈非線性，元件的穩(wěn)定性和互換性差，除特制高溫型外，通常不能用于350℃以上的高溫。
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，熱電阻溫度計(jì)發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在四個(gè)方面：一是向著更高精度、易用性和可靠性發(fā)展，如采用M12接頭的適于快速裝拆的RTD；二是輸出信號(hào)傳輸?shù)臒o(wú)線化和網(wǎng)絡(luò)化；三是為滿足日益增高的安全需求，SIL1～SIL3功能安全級(jí)產(chǎn)品逐漸面市；四是傳感元件的小型化和微型化。如美國(guó)Burns Engineering公司推出的A04微型RTD敏感區(qū)長(zhǎng)度僅為約7mm，測(cè)溫范圍-196 °C～200°C，采用三線制或四線制，精度高達(dá)0.05%，外護(hù)套采用直徑僅為2mm的非金屬P FA（聚全氟烷氧基樹(shù)脂），特別適宜于以蛇形方式伸入狹小場(chǎng)合進(jìn)行低溫溫度測(cè)量。
