铠装PT100
在工业温度测量领域，传感器不仅需要准确的电阻–温度转换特性，还必须应对机械冲击、振动、腐蚀介质、潮湿环境及安装空间限制等现实挑战。传统绕线式或薄膜式PT100在这些场景中往往因结构脆弱而失效。铠装PT100（Sheathed PT100）通过将铂热电阻元件封装于金属护套内，并与绝缘材料及填充物固化为一体，实现了结构强度与测量性能的融合。本报告将从结构原理、材料工艺、性能优势、局限性与典型应用五个维度，系统解析铠装PT100的技术内涵与工程价值。
二、结构与制造工艺
2.1 基本结构组成
铠装PT100一般由四部分构成：
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金属护套：最外层保护结构，直接接触外部环境；
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绝缘材料：隔离铂元件与护套，防止电气短路；
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铂热电阻元件：绕线式或薄膜式，位于中心或偏心位置；
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填充材料：密实填充护套内部空隙，增强机械强度与热传导。
典型结构示意图：
[金属护套] — [绝缘层] — [铂电阻元件]
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[高温无机填充物/氧化镁粉]
2.2 制造工艺流程
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拉拔成型：将金属管材（如304/316不锈钢、Inconel合金）经多道模具拉拔至目标直径（常见Φ1~8mm）；
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穿线/成膜：在管内穿入铂丝元件或已沉积铂膜的基片；
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绝缘与填充：注入高纯度氧化镁（MgO）粉末，通过振动与抽真空排除空气，提高导热与绝缘性能；
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缩管定径：对填充后的管体再次拉拔，使护套、绝缘、元件紧密结合，形成坚固整体；
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端部处理：在尾端封口、焊接或压接引出线，并根据接线方式（两线/三线/四线）装配端子。
该工艺保证了传感器内部无松动部件，耐振动、耐冲击性能显著提升。
三、核心性能优势分析
3.1 机械强度与抗振性能
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一体化结构：铂元件与护套固化为整体，避免了绕线式结构中铂丝与骨架的相对位移；
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抗冲击能力：在IEC 60068-2-27标准规定的机械冲击试验（如100g/6ms）中，铠装结构可保持电气与机械完整性；
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抗振能力：适用于泵、风机、压缩机、发动机等强振动环境，减少断丝或虚接风险。
3.2 环境适应性与耐腐蚀性
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护套材料选择：
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304/316不锈钢：耐水、油、一般化学品；
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Inconel 600/625：耐高温氧化与硫化气氛；
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Hastelloy系列：耐盐酸、硫酸等强腐蚀介质。
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密封性能：端部封装良好时可达到IP67/IP68防护等级，适用于潮湿、粉尘及户外安装。
3.3 热响应特性的双面性
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优点：金属护套导热性好，可快速跟随流体或表面温度变化；
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缺点：护套增加了热容和热阻，相比裸露铂元件，响应时间略有延长（通常为裸装的2~5倍）。
工程中可通过减小护套直径（如Φ3mm）、优化端部形状（锥形尖端）来改善响应速度。
3.4 测量精度与稳定性
铠装工艺不影响铂本身的电阻–温度特性，因此在相同元件等级（如Class A）下，其精度与长期稳定性与标准PT100一致。同时，固化的氧化镁填充物提供良好的电绝缘与热传导路径，减少寄生电阻与热滞后。
四、局限性及技术挑战
4.1 热响应延迟
由于金属护套与内部填充物的热惯性，铠装PT100在快速变化温度场（如高速气流、急冷急热过程）中的响应时间（τ₀.₅）通常比薄膜裸装型长，需根据工艺要求选择适当直径与结构。
4.2 安装空间与弯曲半径
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铠装管虽可弯曲，但弯曲半径过小（如<3倍外径）会导致护套变形、内部填充物开裂，影响绝缘与导热；
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在空间极为受限的场合，需提前规划布线路径。
4.3 成本与制造复杂性
相比普通PT100，铠装结构需额外的拉拔、填充、缩管工序，材料与工艺成本提高约30%~100%，因此多用于对可靠性要求高的工业现场，而非低成本消费类应用。
五、典型应用场景
5.1 工业过程控制
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化工反应釜/管道：在腐蚀性液体或气体中直接插入测量，不锈钢或哈氏合金护套防腐蚀；
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冶金炉与热处理设备：Inconel护套可耐1000℃以上高温，保护铂元件免受氧化。
5.2 能源与动力设备
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发电机组与变压器：在油浸或气冷设备中监测热点温度，抗振防油渗；
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发动机冷却系统：直接安装于发动机缸体或散热器管路，耐振动与热循环。
5.3 食品与医药加工
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高温杀菌与CIP清洗：316L不锈钢护套耐腐蚀、易清洁，符合卫生级要求；
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冷冻干燥设备：在-50℃深冷环境中保持结构稳定，四线制测量确保精度。
5.4 环境监测与 HVAC
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地热井与地下水监测：耐压铠装结构可承受井下压力；
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大型暖通管路：长距离布线与多点安装时保持机械完整性。
六、选型与设计建议
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护套材料匹配介质：根据温度、腐蚀性与压力选择合适的合金，避免护套先于铂元件失效；
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直径与长度优化：在满足机械强度前提下尽量减小直径以降低热响应延迟；长度需预留安装余量与弯曲半径；
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接线方式：工业现场优先三线制或四线制，配合屏蔽电缆降低干扰；
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精度等级：关键工艺环节选用Class A或AA级元件，并在安装前进行整体校准；
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端部形式：锥形端部可减少响应时间，平端适用于平面接触安装。
七、结论
铠装PT100是在保留铂热电阻高精度与稳定性的基础上，通过金属护套+无机填充的一体化封装工艺，赋予传感器卓越的机械强度与环境适应能力。它解决了传统PT100在工业现场容易出现的断丝、腐蚀、受潮等问题，成为高温、高压、强腐蚀、强振动环境下的首选测温方案。尽管存在热响应稍慢与成本较高的局限，但在可靠性优先的工程应用中，其综合价值远超这些不足。随着材料科学与精密拉拔技术的发展，铠装PT100将继续在更广的温度与工况范围内发挥作用。
