温度传感器：热电阻与热电偶的五大核心区别

温度是工业生产和科学实验中最关键的参数之一，而热电阻(RTD)和热电偶(Thermocouple)作为两大主流测温技术，各自在精度、成本、适用场景上有着显著差异。本文将用通俗的语言，揭开它们背后的科学原理和实际应用的秘密。

一、工作原理：电阻变化 vs 电压生成

1. 热电阻(RTD)

- 金属的“热敏密码”：铂、铜等金属的电阻值会随温度线性变化。例如，PT100铂电阻在0℃时为100Ω，温度每升1℃，电阻约增0.385Ω。

- 需要外部供电：通过恒流源激励，测量电阻两端的电压变化，再换算为温度(公式：\( R_t = R_0(1 + \alpha T) \)，α为温度系数)。

2. 热电偶(TC)

- 温差发电效应：两种不同金属(如K型的镍铬-镍硅)焊接成回路，当两端温度不同时，回路中会产生微电压(塞贝克效应)。

- 自发电原理：无需外部电源，直接测量热电势(单位：mV)，通过查分度表(如K型约41μV/℃)转换为温度值。

二、温度范围：谁更耐高温?

关键差异：

- 热电阻：中低温测量之王，100℃以下精度远超热电偶。

- 热电偶：高温场景霸主，火箭发动机喷口温度检测常用B型或S型热电偶。

三、精度与稳定性：实验室选谁?

1. 热电阻

- 精度：Class A级PT100在0℃时误差±0.15℃，Class B级±0.3℃。

- 稳定性：铂电阻长期漂移<0.1℃/年，适合精密恒温槽。

2. 热电偶

- 精度：K型标准级误差±1.5℃或±0.4%(取较大值)，需定期校准。

- 衰减问题：高温下金属氧化会导致热电势漂移(如K型在1000℃时年漂移约2℃)。

案例对比：

医疗灭菌锅(121℃)常用PT100保证±0.5℃控制;炼钢炉(1600℃)则依赖S型热电偶，接受±5℃误差以换取耐高温能力。

四、响应速度与成本

应用场景：

- 热电阻：食品加工中的缓慢温度追踪。

- 热电偶：内燃机排气温度监测，需毫秒级响应。

五、接线与误差源

1. 热电阻的“线数战争”

- 两线制：引线电阻误差大，1Ω导线误差约2.6℃。

- 三线制：通过补偿电路消除误差。

- 四线制：实验室级精度，完全消除引线影响。

2. 热电偶的“冷端烦恼”

- 必须测量冷端(参考端)温度，常用冰点槽或电子补偿芯片。

- 常见误差：接线端子氧化、电磁干扰，需屏蔽电缆。

六、选型口诀：快速决策指南

选热电阻的情况：

- 要精度(-200~500℃)

- 需长期稳定性

- 可接受较慢响应

选热电偶的情况：

- 超高温(>800℃)

- 预算有限

- 需要快速响应

热电阻和热电偶如同温度测量领域的“龟兔赛跑”——一个稳扎稳打追求精确，一个舍精度换速度与耐高温能力。理解它们的差异，才能在工业4.0时代，为每台设备装上最合适的“温度感知器官”。