铠装热电阻

热电阻作为中低温范围应用最广的接触式温度传感器，其长期稳定性、抗环境干扰能力及安装可靠性，很大程度上取决于封装结构。传统裸丝或简单绝缘热电阻在振动、腐蚀、高压、潮湿等工业现场容易受损，导致测量失准或彻底失效。铠装热电阻（Sheathed Thermistor/Resistance Thermometer）通过将感温元件、绝缘材料与金属外护套整体拉制而成，兼具机械强度高、耐环境侵蚀、热响应好、可弯曲安装等优点，已成为石化、电力、冶金、食品等行业的标准配置。本报告将从结构原理、材料体系、制造工艺、性能特点、应用选型及未来趋势等方面，对铠装热电阻进行系统分析。

二、铠装热电阻的结构与工作原理

2.1 基本结构

铠装热电阻一般由三层组成：

感温元件：铂丝（Pt100、Pt1000）、铂铑合金或其他高温电阻丝；
绝缘材料：氧化镁（MgO）、氧化铝（Al₂O₃）等高绝缘、耐高温粉末；
金属护套：不锈钢（304、316L）、耐热合金（Inconel 600、310S）等无缝管材。

制造时，将感温丝与绝缘材料一起穿入金属管，两端封口，通过多道拉拔与退火工艺，使外径缩小至目标尺寸（常见Φ1~8 mm），同时保证内部密实、绝缘良好。

2.2 工作原理

铠装热电阻本质上仍是利用感温元件的电阻-温度（R–T）特性进行测量，铠装层并不参与感温，只起机械保护、防潮防腐、热传导与电场屏蔽作用。其工作过程为：

感温端与被测介质热交换，铂丝电阻值随温度变化；
通过护套与内部绝缘将电信号引出，经测量电路转换为温度值。

铠装结构改变了热阻与热容分布，对响应速度、长期稳定性、抗振性有显著影响。

三、材料体系与性能匹配

3.1 感温材料

铂（Pt）：最常用，IEC 60751标准，化学稳定，线性度好，适用-200℃~850℃；
铂铑合金（PtRh）：高温抗氧化性更佳，可延伸至1000℃~1600℃（视护套材料而定）；
铜（Cu）：仅用于-50℃~150℃低温段，成本低，但易氧化，需配防锈护套。

3.2 绝缘材料

氧化镁（MgO）：吸湿率低，绝缘电阻>10¹² Ω·cm@20℃，耐温>1000℃，是通用选择；
氧化铝（Al₂O₃）：耐温>1600℃，硬度高，但加工难度大，多用于高温铠装；
氧化锆（ZrO₂）：超高温（>1800℃）下稳定，但常温下电导率偏高，需掺杂稳定。

3.3 金属护套

304不锈钢：经济实用，耐一般腐蚀，适用-200℃~600℃；
316L不锈钢：耐酸碱、氯化物腐蚀，适用海洋、化工环境；
Inconel 600/310S：高温抗氧化，耐渗碳，适用冶金、炉窑>800℃；
钛合金：耐海水、氯离子腐蚀，用于特殊介质。

材料选择需满足热匹配性：护套与感温丝热膨胀系数差异不能过大，否则热循环会产生微裂纹，影响绝缘与寿命。

四、制造工艺与质量控制

4.1 工艺流程

装填：将感温丝、绝缘粉装入金属管，两端用塞子固定；
缩管拉拔：在拉丝机上多道冷拉，逐步减小管径，使内部密实；
中间退火：消除冷加工应力，防止开裂；
精拉与定径：达到目标尺寸与公差（如Φ3±0.1 mm）；
封端与装配：焊接或钎焊封头，连接引线或接线盒。

4.2 关键控制点

绝缘密实度：气孔与空隙会降低绝缘电阻并产生局部放电；
同心度：护套与感温丝偏心会造成热传导不均，响应不对称；
表面质量：护套内壁光滑可减少应力集中与磨损；
密封性：防止湿气渗入导致绝缘电阻下降。

质量控制通常通过绝缘电阻测试（常温≥500 MΩ，高温≥10 MΩ）、耐压试验（500 V AC，1 min无击穿）、弯曲试验（反复弯曲不断裂）等手段验证。

五、铠装热电阻的性能特点分析

5.1 机械强度与耐振性

铠装结构显著提高抗压、抗拉、抗扭性能，可在管路弯曲安装（最小弯曲半径≈5倍外径），并能承受工业现场的持续振动（如汽轮机、泵出口管线）。

5.2 防护性能

防潮防腐：金属护套阻隔水分、油污、腐蚀性气体；
防电磁干扰：金属管对外部电场与磁场有屏蔽作用，提高信号质量。

5.3 热响应特性

铠装层增加热阻，使响应时间常数τ比裸丝大，但可通过减薄护套壁厚、提高护套热导率、优化感温端结构改善。例如，Φ3 mm、壁厚0.2 mm的316L铠装Pt100，在静水中τ约1.5 s，裸丝仅0.3 s，但仍远快于带厚壁保护管的热电阻。

5.4 长期稳定性

由于感温丝被均匀支撑，避免机械应力与氧化，铠装热电阻的长期漂移显著低于裸丝。在600℃空气中连续运行1000小时，电阻变化可控制在0.1%以内。

六、影响铠装热电阻性能的环境与使用因素

温度范围：护套与绝缘材料的耐温决定上限，如304不锈钢护套+MgO绝缘，建议上限600℃；Inconel 600+Al₂O₃可到1000℃以上。
介质性质：强酸、强碱、含硫或氯离子环境需选耐蚀护套（316L、哈氏合金等）；
压力条件：高压环境需确保护套壁厚与焊缝强度，并进行静压试验；
安装方式：插入深度应保证感温端位于被测介质中心，避免热短路。

七、典型应用与选型指南

行业/场景	温度范围	推荐铠装结构	选型要点
石油化工管道	-50℃~400℃	Φ6 mm 316L+MgO+Pt100	耐腐、可弯曲、防爆认证
电站锅炉给水	0℃~300℃	Φ4 mm 304+MgO+Pt100	卫生级、无油、易清洗
冶金炉窑气氛	0℃~1000℃	Φ3 mm Inconel600+Al₂O₃+PtRh	高温抗氧化、抗渗碳
食品医药加工	-50℃~200℃	Φ4 mm 316L+MgO+Pt100	符合FDA，可CIP/SIP清洗
空压机润滑油温	-20℃~150℃	Φ5 mm 304+MgO+Pt100	抗振动、耐油