科普文章 | PT温度传感器：结构、工艺、参数及应用

01   结构

1. 核心材料与结构

(1) 铂电阻元件：以PT1000为例，核心是铂（Pt）制成的感温元件，0℃时阻值为1000欧姆，电阻值随温度升高而增加。这种变化关系可以用以下公式表示：

R= R₀×[1+A×T+B×T²+C×（T-100）T³]

其中，R：铂电阻在温度 T 时的实际阻值（单位：Ω）；R₀：铂电阻在0℃ 时的标称阻值（如 PT100 的 R₀=100Ω，PT1000 的 R₀=1000Ω）；T：测量环境的温度（单位：℃，需注意是摄氏温度，而非开尔文温度）；A、B、C：铂材料的温度系数常数（固定值，由铂纯度和国际温标标定）。

(2) 该元件通常以两种形式存在：

• 薄膜式：采用薄膜技术制作，利用敏感材料的电阻值随温度高、精度高、线性度好、测量温区大、稳定性好等特点，广泛应用于温度测控领域。^[1]

• 线绕式：采用高纯度铂丝绕制，具有较高的精度和稳定性。

(3) 基底材料：陶瓷基片（如氧化铝）提供稳定的热膨胀系数和绝缘性，确保铂膜电阻的线性变化。

2. 探头封装

• 不锈钢护套：常用材质（如304/316材质），提供耐腐蚀、耐高温和机械防护，适用于工业环境。部分型号带螺纹接口，便于安装到管道或设备。

• 玻璃涂层：用于薄膜式传感器，增强绝缘性或热塑性塑料。

• 环氧树脂/热塑性橡胶：保护电缆连接处，实现IP65/IP68防护等级。

3. 外部形态分类

(1) 探头式：细长金属杆（直径2mm–15mm），末端为圆柱形或尖头，直接接触被测介质。分为：

• 浸没式：用于液体/气体测温，带弯曲探头便于插入。

• 薄膜型：贴合物体表面，监测面温度。

(2) 紧凑型：矩形或圆柱形外壳，集成接线端子，适用于环境温度监测。

(3) 工业定制型：带法兰、螺纹接口或热电偶套管，可搭配温度控制器输出电信号。

02   工艺

1. 制造流程：

(1) 薄膜沉积：通过溅射或蒸镀在陶瓷基片形成纳米级铂膜，光刻技术刻蚀出所需电阻图案。^[2]

(2) 激光修调：微调铂膜电阻值至1000Ω@0°C，精度达±0.03°C（1/10B级）。

(3) 引线连接：金线键合或直接焊接铂膜与导线（如AWG24镀银铜线），2/3/4线制可选以减少测量误差。

(4) 校准与分级：按DIN EN 60751标准分A/B级（±0.15°C~±0.3°C），高温段需补偿非线性。

2. 封装工艺：

• 玻璃烧结：薄膜元件覆盖玻璃涂层，高温烧结形成保护层。

  
  

• 树脂灌封：不锈钢管内填充高温树脂，固定导线并绝缘（如卓然天工产品）。

• 机械加固：不锈钢护套与探针通过压缩接头或螺纹固定，增强抗振动性。

03   关键参数：

1. 额定阻值

• PT100：0℃时为100Ω（标准值）。

• PT1000：0℃时为1000Ω（部分型号20℃时约1090Ω）。

2. 温度范围

• 标准型：-200℃ ~ +650℃（高温型可达850℃）。

• 低温专用型：-200℃ ~ +200℃或30K–873K（-243℃~600℃）。

3. 精度与误差

• A级：±0.15°C（符合EN60751标准），适用于高精度工业场景。

• B级：±0.3°C，性价比更高，适合一般工业应用。

4. 温度系数（α）

• 主流值：0.00385°C⁻¹（符合IEC 60751/DIN标准），少数为0.00392。

5. 电气特性

• 绝缘电阻：>500 MΩ（500V DC）。

• 介电强度：1.5kV AC/1min。

6. 特殊参数

• 分辨率：0.1K（高分辨率系统）。

• 热响应时间（τ） ：与封装相关，护套越厚响应越慢。

04   应用场景与选型要点

1. 应用领域：

PT温度传感器凭借高精度（±0.1℃级）、宽温域（-200℃~850℃）、强抗干扰性和长期稳定性，广泛应用于工业自动化、医疗、食品制药、科研实验、新能源汽车、航空航天等领域。

2. 选型要点：

(1) 传感器类型选择

• 铠装式：耐高压、抗振动，适用于发动机、高压管道等场景。

• 薄膜式：响应时间<1秒，适合实验室精密测量。

• 陶瓷封装：耐腐蚀性强，用于酸碱环境。

(2) 精度与温度范围

• 标准PT100（0℃电阻值100Ω）满足多数工业需求；PT1000电阻变化更大，适合高精度场景（如科研校准）。

• 超过500℃优选热电偶（TC），500℃以下优先热电阻（RTD）如PT系列。

(3) 接线方式

(4) 安装方式

• 螺纹安装：适用于管道/设备表面，需匹配螺纹规格，涂抹导热硅脂减少热阻。

• 磁吸探头：临时性测温场景，如设备巡检。

(5) 环境适应性

• 引线材质：低温选硅胶线（-40℃），高温选四氟线或钢网线（>150℃）。

• 防护等级：工业场景需IP67以上防护，耐腐蚀环境选316L不锈钢外壳。

(6) 其他关键因素

• 响应时间：薄膜式>铠装式>陶瓷封装。

• 校准周期：定期校准避免漂移（尤其科研场景）。

05   注意事项

(1) 接线影响精度：三线/四线制可减少导线电阻误差，二线制需短距离使用。

(2) 安装位置：避免阳光直射、高湿度或腐蚀性环境。

(3) 定期校准：长期使用可能漂移，需按周期校准（尤其高精度场景）。

06 参考文献

[1] 吴昊, 侯彬, 洪嘉旺, 等. 铂薄膜电阻温度传感器玻璃密封材料的稳定性能研究[J]. 陶瓷学报, 2024, 45(2): 290–299.

[2] 张倩, 袁燕, 于海洋, 倪烨, 常子硕, 孟腾飞，林树超. 薄膜铂电阻制备工艺研究[J]. 仪器与设备, 2024, 12(1): 49-54.