熱電阻是一種利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來(lái)測(cè)量溫度的傳感器，其工作原理可從核心特性、材料選擇、測(cè)量電路等方面詳細(xì)理解：

一、核心原理：電阻隨溫度的變化特性

熱電阻的工作基礎(chǔ)是導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值與溫度之間存在確定的函數(shù)關(guān)系。

• 對(duì)于金屬導(dǎo)體（如鉑、銅等），溫度升高時(shí)，金屬內(nèi)部原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致自由電子的定向移動(dòng)受到更多阻礙，電阻值隨溫度升高而增大，即具有正溫度系數(shù)（溫度↑→電阻↑）。

• 對(duì)于半導(dǎo)體材料（如熱敏電阻中的某些類型），溫度升高時(shí)，其內(nèi)部載流子（電子或空穴）數(shù)量顯著增加，電阻值隨溫度升高而減小，即具有負(fù)溫度系數(shù)（溫度↑→電阻↓）。

通過(guò)測(cè)量熱電阻的電阻值變化，即可反推出對(duì)應(yīng)的溫度值。

二、關(guān)鍵材料與特性

熱電阻的性能很大程度上取決于所用材料，常見(jiàn)材料及特點(diǎn)如下：

1. 金屬熱電阻

• 鉑（Pt）：***常用的材料，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、線性度和寬溫度測(cè)量范圍（-200℃~850℃）。其電阻與溫度的關(guān)系可通過(guò)國(guó)際溫標(biāo)（ITS-90）定義的公式準(zhǔn)確描述（如 Pt100 表示 0℃時(shí)電阻為 100Ω）。

• 銅（Cu）：成本低、線性度好，但測(cè)量范圍較窄（-50℃~150℃），且易受氧化影響，適用于低溫、無(wú)腐蝕的環(huán)境。

• 鎳（Ni）：靈敏度高于鉑和銅，但線性度較差，測(cè)量范圍一般為 - 60℃~180℃。

2. 半導(dǎo)體熱電阻（熱敏電阻）

• 由金屬氧化物（如錳、鈷、鎳的氧化物）燒結(jié)而成，電阻溫度系數(shù)大（靈敏度高），但線性度差、穩(wěn)定性較低，適用于精度要求不高的場(chǎng)合（如家電測(cè)溫）。

三、測(cè)量電路：如何獲取電阻值

由于熱電阻的電阻變化通常較?。ㄈ?Pt100 在 100℃時(shí)電阻約為 138.5Ω，僅比 0℃時(shí)增加 38.5Ω），需通過(guò)專用電路將電阻變化轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)（如電壓、電流），常見(jiàn)電路包括：

1. 惠斯通電橋：***常用的電路，通過(guò)平衡橋路測(cè)量電阻變化。當(dāng)熱電阻因溫度變化而電阻改變時(shí)，電橋失衡，輸出與溫度相關(guān)的電壓信號(hào)，經(jīng)放大后可直接讀取或傳輸。

2. 恒流源電路：向熱電阻通入恒定電流，根據(jù) “電壓 = 電流 × 電阻”，通過(guò)測(cè)量熱電阻兩端的電壓變化得到電阻變化（需考慮電流發(fā)熱對(duì)測(cè)量的影響，通常采用小電流）。

四、應(yīng)用場(chǎng)景

熱電阻憑借高精度、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫（如化工、電力設(shè)備）、實(shí)驗(yàn)室精密測(cè)量、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。例如，Pt100 熱電阻常被用于環(huán)境試驗(yàn)箱、管道溫度監(jiān)測(cè)等需要準(zhǔn)確控溫的場(chǎng)景。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，熱電阻的工作原理是利用材料電阻隨溫度的確定性變化，通過(guò)測(cè)量電阻值反推溫度，其性能由材料特性和測(cè)量電路共同決定，是工業(yè)和科研中重要的溫度傳感器之一。