方卫峰

【摘要】目前，高速铁路装备的发展迅速，配套的传感器也随之进入高速更新与发展阶段，相关研究人员针对机车上用的一种基于铂电阻pt100的温度传感器展开了研究与开发，这种温度传感器的优势测量精度高，稳定性好，结构简单，但对结构细节要求高。基于此，本文对这种温度传感器进行简单的介绍，并对相关设计因素进行大概的分析。

【关键词】温度传感器；设计；研究

1.概述

随着高速铁路装备的发展，国家铁科院提出了对铁路高速动车装备的一系列标准化要求，针对机车上用的温度传感器也提出了一系列标配化要求，如对热感应元件、安装结构件，应用信号传递线缆等提出了标配化的要求，其中最关键的热感应元件主推Pt100铂热电阻。

铂的电阻/温度关系比较稳定，在较大的温度范围内其化学性质都不显著，即在较大的温度范围内，铂电阻都是比较稳定的。此外，铂电阻还具有很好的延展性，可以拔成细丝。即使在对精度、强度、可靠性、稳定性、复现性要求比较高的环境下，其物理化学性质也是满足相关要求的。正是因为如此，很多温度测量使用的是铂电阻温度传感器。但通常来说，常用的铂电阻温度传感器（Pt100）的0℃阻值为100Ω。典型的pt100温度/电阻特性曲线如图1所示。

图1 pt100温度/电阻特性曲线

2.铂电阻pt100温度传感器

铂电阻的工作原理是基于导体或半导体电阻值随着温度增加而增加的特性。把变化的电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或其它二次仪表上来判定温度变化。铂电阻温度传感器的精度比较高、稳定性比较好。正是因为如此，铂电阻温度传感器被广泛地应用于相关的领域中，尤其是在进行-200℃至850℃的温度测量中，通常我们将这个温度范围定义为中低温区。铂电阻温度传感器不仅被广泛应用于工业生产过程中，同时还被制成标准温度计，用于对其它温度传感器进行计量和校准。

铂电阻温度传感器可以分成两种类型，第一种是装配式铂电阻。装配式铂电阻通常包括四个部分，分别为外保护管、测温电阻、延长导线以及氧化镁。装配式铂电阻产品的整体外形比较小巧，内部结构也比较简单。但是装配式铂电阻具有较快的反应速度，反应比较灵敏，同时还具有防水抗震的功能；第二种是铠装铂电阻。铠装铂电阻同样是由四部分组成的。分别为电阻体、绝缘氧化镁、保护管以及引线。不过铠装铂电阻是将这四部分整体拉制而成的，而装配式铂电阻则是将其主要构件装配在一起。铠装铂电阻产品的内部结构比较复杂。但却具有灵敏性强、抗震性好、测温范围广、可弯曲的优点。铠装铂电阻温度传感器主要应用于环境温度测量、液体温度测量、冷冻冷藏温度测量以及电机轴瓦温度测量等。

3.测量温度原理与主要误差分析

本文中设计的温度传感器属于热电阻式温度传感器。热电阻式温度传感器进行温度测量的主要原理就是利用导体或半导体的电阻值会随温度的变化而变化。而在热电阻式温度传感器中又以铂电阻温度传感器的性能最好。铂电阻温度传感器的稳定性比较好，测量的精度最高。因此，铁路机车最普遍选用铂电阻温度传感器作为机车用温度传感器。

3.1测量原理

铂电阻温度传感器是利用其电阻与温度成一定函数关系而制成的温度传感器。Pt100铂电阻的温度传感器的温度测量范围为-200℃～850℃，电阻值与温度的关系如下所示：

（1）-200℃Rt=Ro[1+At+Bt2+（t-100）t3]

（2）0℃