摘 要：介紹國外在薄膜鉑熱電阻元件發展和應用狀況的基礎上，提出我過該國該產品發展方向。
關鍵詞：元件測溫 發展方向
0 引言
研究國外先進國家企業產品的發展歷史，找出差距，對我國企業發展自己的產品有非常重要的作用。筆者與德國同行企業接觸多年，幾經考察，發現德國同行與我國同行企業之間存在著兩個方面的明顯不同。
① 發展領域的專一性
眾多的德國企業，從發展起步階段至今，一直都在從事專一領域的產品生產，并沒有走多元化發展的道路。例如：德國Heraeus 傳感技術有限公司，從1851 年至今，經歷了100 多年的歷史，仍然在生產鉑熱電阻元件這類產品，而且隨著薄膜鉑熱電阻元件的推廣應用，其年產量已突破4,000 萬支，并以年增長超過40%的速度發展；德國Isabellehutte 公司，從1882 年起研制生產熱電偶絲材與電發熱絲材，至今超過100 年的歷史，目前仍在此領域發展。我們無意反對企業的多元化發展，只是通過這些例子，說明專一領域發展的可持續性。
② 產品研發投入大量的人力、物力與財力
幾乎每個被考察過的德國企業，均擁有自己的研發中心，即使是已使用了上百年的熱電偶絲材，Isabellehutte 也建有自己的標準實驗室，用以分析熱電偶絲材的成份變化對其性能的影響，不斷優化絲材的成份組合，因此，Isabellehutte 公司的檢定結果，被德國國家標準局（GCA）認可；德國Heraeus 公司的研發中心更是頗具規模，擁有最先進的各類相關檢測設備與分析設備，對各個工藝及材料的分析細致入微，對市場反饋的信息處理及時，并按年銷售額的15%投入研發經費，使該企業的研發能緊跟市場發展的需要。反觀國內同行的企業，在研發方面就相對落后得多。正是由于發展領域的專一使這些德國企業的研發有了明確的目標，反過來，不斷研發出的成果又促進了專一領域的更深層次的發展，這，也許正是這些德國企業長盛不衰的原因。薄膜鉑熱電阻元件的發展也印證了這兩方面的經驗.
1 薄膜鉑熱電阻元件的發展現狀
鉑熱電阻的發展，在很大程度上取決于其核心部件——鉑熱電阻元件的發展。從傳統的云母鉑熱電阻元件、陶瓷鉑熱電阻元件、玻璃鉑熱電阻元件到近年來出現的厚膜鉑熱電阻元件和薄膜鉑熱電阻元件，鉑熱電阻元件的發展方向已轉移到膜式結構的產品上，尤其是薄膜鉑熱電阻元件。
從1974 年引入薄膜技術研發薄膜鉑熱電阻元件，成功解決鉑熱電阻元件的成本及應用問題起，至今已有30 多年的歷史，隨著照相平板印刷技術的日益發展，薄膜鉑熱電阻元件近幾年的發展突飛猛進。據不完全統計，薄膜鉑熱電阻元件的生產大國——德國，年產薄膜鉑熱電阻元件的數量已突破6,000 萬支。
近幾年，薄膜鉑熱電阻元件在歐美市場的需求量迅猛增長，美國市場從 2003 年起，年需求量增長均超過60%，德國年需求量超過40%，英國年需求量超過32%，法國、丹麥、韓國、日本、巴西等國的年需求量均超過25%。中國市場的年銷售量已突破200 萬支。
薄膜鉑熱電阻元件以其鮮明的優點，已成為鉑熱電阻元件的主體，其鮮明的優點體現如下：
① 體積細小 目前最小尺寸的薄膜鉑熱電阻元件，其寬度為3μm，長度1.6mm，厚度為0.6mm；
② 響應時間快在τ0.5 的條件下，水流速V=0.2m/s 時僅為0.05s，空氣流速V=1m/s 時僅為4s；
③ 一致性好 自動化的生產和檢測線，使元件具有良好的一致性；
④ 機械性能好抗震、抗振動等機械性能明顯優于繞絲類鉑熱電阻元件；
⑤ 精度高 除常規的 B 級、A 級外，還可提供1/3B 級及1/10B 級精度的元件；
⑥ 測溫范圍寬從-196℃到1000℃的薄膜鉑熱電阻元件已經出現并投入應用，最高溫度達到1250℃的產品已在研發，不久將可面市；
⑦ 結構多樣化從傳統的帶引線結構，到無引線的SMD 產品以及適應于各種特殊領域的特殊結構的產品已經面市；
⑧ 長期穩定性好在元件的極限溫度工作超過1000 小時后，其電阻值的變化＜0.02%；
⑨ 標稱阻值多從 Pt6.8 到Pt10k 的產品均已投入市場；
⑩ 價格便宜 由于元件用鉑量大幅度減少并采用自動化生產，使得薄膜鉑熱電阻元件的價格逐步走低，A 級精度的元件價格將低于10 元/支；
○11 易于加工裝配適合于各種焊接方式的引線材質和結構的多樣化為使用者提供了多種的選擇。
隨著薄膜鉑熱電阻元件的普及應用，傳統的鉑熱電阻元件，諸如云母元件、陶瓷元件、玻璃元件和厚膜鉑熱電阻的使用量，逐步減少，在歐美等發達國家，這些元件已經或正逐步被淘汰出市場。
2 膜鉑熱電阻元件的應用領域
近幾年，薄膜鉑熱電阻元件在歐美市場的應用日益廣泛，新的應用領域不斷被發現，并呈現出方興未艾之勢。
2.1 薄膜鉑熱電阻的主要應用領域
從各國應用薄膜鉑熱電阻元件的情況來看，除了電站、石油、化工、食品等行業的過程測量和控制外，還應用于以下的行業：
① 器械、器具行業諸如
加熱器具、醫療器械等；
② 分析儀器儀表 諸如氣相析譜儀、酸度計等；
③ 電子裝配設備 諸如焊接設備、加熱設備等；
④ 制藥設備 諸如控制箱、無菌清洗設備等；
⑤ 家用電器 諸如烹調爐具、烘爐、電冰箱、供暖熱表等；
⑥ 汽車工業 諸如空氣流量計、水溫傳感器、油質傳感器等。
2.2 薄膜鉑熱電阻元件在歐美市場的新應用
在歐美市場，近幾年來薄膜鉑熱電阻元件在汽車工業中的應用發展迅速，其主要應用在以下幾個方面：
① 空氣流量計以薄膜鉑熱電阻元件作為測溫和補償的線路板作為流量計的核心控制部件，實現廢氣的二次循環；
② 柴油發動機微粒過濾系統以薄膜鉑熱電阻測溫控制煙氣微粒的燃燒過程；
③ 催化劑 薄膜鉑熱電阻通過測量放熱過程的溫度變化來控制和保護催化劑；
④ 廢氣減少系統通過薄膜鉑熱電阻控制催化過程的溫度，以符合相應的汽車尾氣排放標準；
⑤ 柴油發動機的渦輪裝置通過薄膜鉑熱電阻監測其溫度變化以保障渦輪裝置開關的安全；
⑥ 發動機系統中的油溫測量帶狀結構的薄膜鉑熱電阻直接測量發動機的油溫；
⑦ 車輛的點火充電器由薄膜鉑熱電阻傳感器監測溫度保障充電器的正常工作；
⑧ 高速電動機的溫度監測包括主馬達、車輪馬達及電子差分馬達的溫度監測，以保護電動機的正常運行；
⑨ 空氣調節器通過薄膜鉑熱電阻傳感器監測冷卻劑的溫度，以減少不必要的能耗；
⑩ 車輛加熱器薄膜鉑熱電阻傳感器監控加熱器的溫度，防止加熱器過熱損壞。
另外，薄膜鉑熱電阻還在生命科學、電子裝配、供熱通風等領域都有了許多新的應用，這些都體現了薄膜鉑熱電阻元件作為鉑熱電阻元件的主體，具有旺盛的生命力。
3 我國鉑熱電阻的發展方向
在鉑熱電阻元件的應用方面，發達國家的過去也許就是我們的現在；發達國家的現在，也許就是我們的未來。因此，了解和研究發達國家在過去和現在的鉑熱電阻元件的應用情況，對于確定我們在鉑熱電阻方面的發展未來，具有極大的指導意義和現實意義。
3.1 國內外在鉑熱電阻元件應用方面的比較
目前，我國鉑熱電阻元件，包括陶瓷鉑熱電阻元件與薄膜、厚薄鉑熱電阻元件，幾乎都應用在傳統產品上，尤其是薄膜鉑熱電阻元件，主要應用在鎧裝產品與實體封裝產品方面。在其他領域，除目前應用在汽車空氣流量計中的Pt20 與Pt1000 薄膜鉑熱電阻元件及應用在熱量計的Pt1000 薄膜鉑熱電阻元件外，更多的應用尚未出現。而在歐美市場，薄膜鉑熱電阻元件最大的應用領域則是汽車制造業、生命科學、電子裝配設備（包括焊接設備與加熱設備）以及供熱、通風和空調等更現代的產業，這一方面反映出產業進步的差距，另一方面則反映出對薄膜鉑熱電阻元件性能的了解和相應的絕緣材料運用的差距。
3.2 薄膜鉑熱電阻元件與其他鉑熱電阻元件的優缺點比較
3.2.1 與陶瓷鉑熱電阻元件相比較的優勢
從前述所列舉的薄膜鉑熱電阻元件的鮮明優點，比較傳統的目前在國內仍大量使用的陶瓷鉑熱電阻元件，我們可以看到兩者之間有如下的差距：
① 外形尺寸 目前陶瓷鉑熱電阻元件最小的直徑可做到φ1.2mm，最短的長度為 10mm，而薄膜鉑熱電阻元件最短的長度可達到1.6mm，寬度為3μm，厚度為0.6mm；
② 響應時間 在同等條件下，薄膜鉑熱電阻元件的熱響應時間比陶瓷鉑熱電阻元件快好幾倍；
③ 一致性 因陶瓷鉑熱電阻元件系手工制作，其一致性與制作者的工藝水平及心情有相當大的關系，而薄膜鉑熱電阻元件則是自動化生產，其一致性有充分的保障；
④ 機械性能 因陶瓷鉑熱電阻元件采用繞絲式制作，絲材外徑在0.02～0.03mm 范圍，在受到撞擊時較易脆斷；薄膜鉑熱電阻元件采用膜式結構，其允許的振動阻抗達到10HZ～2000HZ，沖擊阻抗達到100g，8μs 半正強波；
⑤ 測溫范圍陶瓷鉑熱電阻元件的測溫范圍-200℃～850℃（國產元件為-200～+600℃），薄膜鉑熱電阻元件的測溫范圍達到-200℃～1000℃，其中，溫度達到1000℃的薄膜鉑熱電阻元件（Pt200）已被應用在高檔汽車（例如奔馳、寶馬）的發動機微粒過濾系統和廢氣減少排放系統中，而且，測溫高達1250℃的薄膜鉑熱電阻元件已在研發，不久將可面市；
⑥ 外形結構 陶瓷鉑熱電阻元件為單一的圓柱形，薄膜鉑熱電阻元件除傳統的帶引線片狀結構外，無引線的SMD 片狀結構、圓柱形結構以及適用于各種特殊領域的特殊結構的產品均已面市；
⑦ 標稱阻值 陶瓷鉑熱電阻元件的標稱阻值受到元件體積的限制，尤其是高阻值的元件無法做到，而薄膜鉑熱電阻元件的標稱阻值可按要求設計，目前從Pt6.8 到Pt10k 的產品均已投入市場；
⑧ 價格 陶瓷鉑熱電阻元件的用鉑量較薄膜鉑熱電阻元件大得多，因而其成本很難有大幅度的降低。薄膜鉑熱電阻元件的鉑用量很少，而且是自動化生產，故其成本仍有不少下調空間；
⑨ 長期穩定性長期運轉或溫度驟變都對傳感器的精度和復現性產生負面的影響，這些負面影響將影響到傳感器的壽命，因此，長期穩定性是傳感器中最重要的指標。陶瓷鉑熱電阻元件的長期穩定性取決于鉑絲的純度與制作的工藝過程，要求鉑絲純度較高且在制作過程中不能受到污染。在250h、500h 和1000h 的型式試驗中，薄膜鉑熱電阻元件表現出良好的穩定性，德國廠家的測試數據表明，薄膜鉑熱電阻元件在其極限溫度工作超過1000h 后，其電阻值的變化＜0.02%；在200℃使用5 年后其電阻值的變化通常＜0.04%。
3.2.2 與陶瓷鈾熱電阻文件相比較的劣勢
與陶瓷鉑熱電阻元件相比，薄膜鉑熱電阻元件也有其明顯的缺點，表現在如下兩個方面：
① 工作（采樣）電流陶瓷鉑熱電阻元件的最大工作電流可達到5mA,而薄膜鉑熱電阻元件的工作電流雖沒有下限，但其最大的工作電流有如下的限制：
② 自熱影響 由于薄膜鉑熱電阻元件的工作電流較小，因此，由于工作電流而產生的偏差較陶瓷鉑熱電阻元件要大，其產生的溫度偏差由下列公式給出：
△T=P×S
式中：P——能量損失=I
2×R；
S——自熱系數，單位K/mW。
從上式中可以看到，工作電流的大小與產生的溫度偏差成正比。
3.2.3 薄膜鉑熱電阻元件得到廣泛應用的原因
那么，為什么薄膜鉑熱電阻元件存在上述的明顯缺點，仍能在歐美市場得到廣泛的應用呢？筆者認為，是基于如下的原因：
① 在歐美市場，二次儀表的智能化程度較高，包括測試設備和工作設備，其采樣電流均很小，尤其是用于高精度測量的設備，其采樣電流更能滿足薄膜鉑熱電阻元件工作電流的要求，因此在實際應用中可成功避免由于工作電流而引起的溫度偏差；
② 薄膜鉑熱電阻元件的眾多優點是其他鉑熱電阻元件無法比擬的，在實際應用中更加方便。
3.3 我國鉑熱電阻（整機產品）的應用及發展方向
根據發達國家應用鉑熱電阻元件的情況，結合我國經濟發展的要求，筆者認為，我國鉑熱電阻的未來發展，將會出現如下幾方面的特征：
3.3.1 傳統產品的競爭更加激烈，產品的性價比與服務質量成為競爭的焦點
傳統的鉑熱電阻，包括裝配式、鎧裝式、防爆式及實體封裝式等結構形式的產品，由于生產裝配的技術含量不高，工藝相對簡單，入門門坎較低，因此必然導致更激烈的競爭，競爭的焦點將體現在產品的性價比和服務質量上，從而導致生產企業的成本增加，利潤降低。如何規避競爭風險，開發新的產品，使企業得以繼續生存和發展，是溫度儀表生產企業必須予以重視的問題。
3.3.2 薄膜鉑熱電阻元件將作為鉑熱電阻元件的主體，被廣泛使用在傳統產品中
事實上，目前國內很多的溫度儀表廠家在使用鉑熱電阻元件進行傳統產品的生產裝配過程中，大多數已采用了薄膜鉑熱電阻元件。隨著薄膜鉑熱電阻元件性能的進一步完善和裝配工藝的日漸成熟，薄膜鉑熱電阻元件將會更廣泛地被溫度儀表廠家使用在傳統產品上。
3.3.3 汽車專用
溫度傳感器將成為鉑熱電阻未來發展的一大新亮點，并將表現出持續旺盛的生命力。
眾所周知，我國現已成為世界汽車的生產大國，據有關資料表明，我國目前汽車的年產量已超過500 萬輛，而且在未來的十年，汽車制造業仍將是我國新發展的主要制造業之一，汽車零部件的國產化已成必然，這為鉑熱電阻的發展提供了廣闊的空間。因此，如何開發好這個巨大的市場，生產出符合相關要求的鉑熱電阻，是每個有志于發展鉑熱電阻的企業都應當深思的問題。目前，應用薄膜鉑熱電阻元件生產的汽車空氣流量計已在浙江、福建一帶悄然崛起，市場需求旺盛，但產品質量總體欠佳，退貨率高達25%或更高。
3.3.4 新興行業的出現和發展為鉑熱電阻提供了新的市場
隨著中國經濟的深入發展和作為世界工廠的形成，眾多新興的產業或工廠轉移到中國，帶來了許多新的設備和新的產品，這為國內鉑熱電阻的發展拓開了新的空間：如供暖熱量計的使用為鉑熱電阻開辟了一大片市場；新型的波峰焊機和回流焊機提供了另一個空間；新型的家用烹飪爐具為鉑熱電阻提供了新的用途。
4 結束語
綜上所述，由于薄膜鉑熱電阻元件的應用領域不斷拓廣，使鉑熱電阻的發展越來越貼近時代的進步。如何深入了解薄膜鉑熱電阻元件的特性，不斷研究其性能，尋找其新的應用領域，應該是鉑熱電阻未來發展的主方向。
