《熱電阻式溫度傳感器課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《熱電阻式溫度傳感器課件.ppt（18頁珍藏版）》請在匯文網(wǎng)上搜索。

1、v12.2.1熱電阻傳感器熱電阻傳感器1.熱電阻工作原理熱電阻工作原理 熱電阻就是利用物質(zhì)（一般為純金屬）熱電阻就是利用物質(zhì)（一般為純金屬）的電阻隨溫度變化并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性，的電阻隨溫度變化并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性，制成溫度傳感器來進行測溫的。將金屬絲繞制成溫度傳感器來進行測溫的。將金屬絲繞在有鋸齒的云母骨架上，構(gòu)成感溫元件，用在有鋸齒的云母骨架上，構(gòu)成感溫元件，用銀導(dǎo)線作為引出線與顯示儀表連接。當(dāng)感溫銀導(dǎo)線作為引出線與顯示儀表連接。當(dāng)感溫元件上的熱電阻材料處于不同溫度時，感溫元件上的熱電阻材料處于不同溫度時，感溫元件的電阻值隨溫度而變化，并呈一定的函元件的電阻值隨溫度而變化，并呈一定的函

2、數(shù)關(guān)系。將變化的電阻值作為信號輸入到平數(shù)關(guān)系。將變化的電阻值作為信號輸入到平衡或非平衡電橋回路的顯示儀表中，即可測衡或非平衡電橋回路的顯示儀表中，即可測得被測溫度的值。得被測溫度的值。v2 常用熱電阻材料常用熱電阻材料（1）對材料的要求）對材料的要求作為測量溫度的熱電阻材料，必須具有以下特作為測量溫度的熱電阻材料，必須具有以下特點：點：較大的電阻率及較高的電阻溫度系數(shù)，以便較大的電阻率及較高的電阻溫度系數(shù)，以便有較高的靈敏度和測量精度；有較高的靈敏度和測量精度；在使用范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定；在使用范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定；電阻與溫度關(guān)系特性好，一是電阻與溫度的電阻與溫度關(guān)系特性好，一是電

3、阻與溫度的函數(shù)呈單質(zhì)函數(shù)（最好是呈線性關(guān)系），二函數(shù)呈單質(zhì)函數(shù)（最好是呈線性關(guān)系），二是對同一種材料來講，其復(fù)制性要好，以便是對同一種材料來講，其復(fù)制性要好，以便批量生產(chǎn)。批量生產(chǎn)。（2）常用熱電阻材料）常用熱電阻材料 滿足熱電阻材料要求，適合制作熱電阻的材料滿足熱電阻材料要求，適合制作熱電阻的材料主要有主要有:Pt、Cu、Ni、W、In等，其中應(yīng)用廣泛的等，其中應(yīng)用廣泛的是是Pt與與Cu。這兩種材料制成的熱電阻屬于標(biāo)準(zhǔn)化。這兩種材料制成的熱電阻屬于標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻，即有國家統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表。熱電阻，即有國家統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表。Pt熱電阻熱電阻 Pt的物理與化學(xué)性能都非常穩(wěn)定，即使是在高的物理與化學(xué)

4、性能都非常穩(wěn)定，即使是在高溫和氧化介質(zhì)中也是如此。溫和氧化介質(zhì)中也是如此。Pt容易提純，保證它具容易提純，保證它具有非常好的重現(xiàn)性能，并有較高的測量精度。有非常好的重現(xiàn)性能，并有較高的測量精度。Pt還還具有較大的電阻率和高的熔化溫度，因此它的體積具有較大的電阻率和高的熔化溫度，因此它的體積可做得較小，測溫范圍也比較寬。在高精度的工業(yè)可做得較小，測溫范圍也比較寬。在高精度的工業(yè)測量和計算檢定中得到廣泛的應(yīng)用。通常用作標(biāo)準(zhǔn)測量和計算檢定中得到廣泛的應(yīng)用。通常用作標(biāo)準(zhǔn)熱電阻。熱電阻。vPt電阻的電阻值和溫度關(guān)系在電阻的電阻值和溫度關(guān)系在-2000C時，時，Rt=R01+At+Bt2+C(t-100)

5、t3在在0850C時，為時，為Rt=R01+At+Bt2A、B、C為分度系數(shù)，其中為分度系數(shù)，其中A=3.9684710-3(1/C)B=-5.84710-7(1/C)-2C=-4.2210-12(1/C)-4 要確定電阻與溫度的關(guān)系，首先要確定要確定電阻與溫度的關(guān)系，首先要確定R0的數(shù)值，它為熱電阻的標(biāo)稱值。目前的數(shù)值，它為熱電阻的標(biāo)稱值。目前Pt熱熱電阻標(biāo)稱值有電阻標(biāo)稱值有R0=10（或（或100）歐姆兩種。）歐姆兩種。一般場合下可略去一般場合下可略去B、C的影響，即的影響，即Rt=R0（1+At），），Pt電阻的電阻電阻的電阻-溫度特性曲線接溫度特性曲線接近線性。近線性。Cu熱電阻熱電阻

6、Cu價格低廉，容易提純，在價格低廉，容易提純，在-50150c的溫的溫度范圍內(nèi)，化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，輸出度范圍內(nèi)，化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，輸出-輸入輸入特性接近線性，但其測量精度不如特性接近線性，但其測量精度不如Pt熱電阻熱電阻高，測量范圍也比高，測量范圍也比Pt熱電阻小。熱電阻小。在在-50150c的溫度范圍內(nèi)，的溫度范圍內(nèi)，Cu電阻的電阻電阻的電阻值和溫度的關(guān)系可用下式表示：值和溫度的關(guān)系可用下式表示：Rt=R0（1+At+Bt2+Ct3）A、B、C為分度系數(shù)，其中為分度系數(shù)，其中A=4.2889910-3(1/C)B=-2.13310-7(1/C)-2C=1.23310-9(1/C)-3 由

7、于由于Cu熱電阻在熱電阻在0-100c之間基本上是線之間基本上是線性的，故在此溫度范圍內(nèi)也可用下式表示性的，故在此溫度范圍內(nèi)也可用下式表示阻值和溫度的關(guān)系：阻值和溫度的關(guān)系：Rt=R0（1+At）vCu熱電阻的標(biāo)稱值有熱電阻的標(biāo)稱值有R0=50（或（或100）歐姆）歐姆兩種。因價格便宜，且在兩種。因價格便宜，且在-50150c范圍范圍內(nèi)靈敏度高。在測量要求不太高、測溫范內(nèi)靈敏度高。在測量要求不太高、測溫范圍比較小的場合常用圍比較小的場合常用Cu制作熱電阻，其缺制作熱電阻，其缺點是熱電阻率較點是熱電阻率較Pt小，電阻絲細(xì)而長，機小，電阻絲細(xì)而長，機械強度較差。由于械強度較差。由于Cu熱電阻的體積

8、較大，熱電阻的體積較大，熱慣性也較大，且當(dāng)溫度高于熱慣性也較大，且當(dāng)溫度高于100c時易被時易被氧化，因此氧化，因此Cu熱電阻適合在溫度較低的介熱電阻適合在溫度較低的介質(zhì)中工作。質(zhì)中工作。v3 熱電阻的結(jié)構(gòu)及測量電路熱電阻的結(jié)構(gòu)及測量電路（1）熱電阻的結(jié)構(gòu)）熱電阻的結(jié)構(gòu)普通型熱電阻、鎧裝熱電阻、薄膜熱電阻等。普通型熱電阻、鎧裝熱電阻、薄膜熱電阻等。（2）熱電阻的測量電路）熱電阻的測量電路 在實際溫度測量中，通常用電橋來測量在實際溫度測量中，通常用電橋來測量熱電阻的阻值。由于熱電阻的阻值都是在幾熱電阻的阻值。由于熱電阻的阻值都是在幾歐到幾十歐范圍內(nèi)，因此，熱電阻的引線及歐到幾十歐范圍內(nèi)，因此，熱

9、電阻的引線及連接導(dǎo)線的電阻對溫度測量結(jié)果有很大的影連接導(dǎo)線的電阻對溫度測量結(jié)果有很大的影響。特別是熱電阻的引線常處于被測溫度的響。特別是熱電阻的引線常處于被測溫度的環(huán)境中，溫度波動較大，其阻值隨溫度的變環(huán)境中，溫度波動較大，其阻值隨溫度的變化難以估計和修正。為減少導(dǎo)線電阻的影響，化難以估計和修正。為減少導(dǎo)線電阻的影響，工業(yè)用熱電阻的引線有兩線制、三線制和四工業(yè)用熱電阻的引線有兩線制、三線制和四線制。線制。v4 使用熱電阻時的注意事項使用熱電阻時的注意事項（1）自熱誤差）自熱誤差 在用熱電阻進行測量時，電阻總要消耗在用熱電阻進行測量時，電阻總要消耗一定的電功率，它同樣會造成電阻值的變化，一定的電

10、功率，它同樣會造成電阻值的變化，但是這種變化是測量時不希望的。使用中應(yīng)但是這種變化是測量時不希望的。使用中應(yīng)盡量減小由此引起的測量誤差。一般規(guī)定電盡量減小由此引起的測量誤差。一般規(guī)定電流應(yīng)不超過流應(yīng)不超過6mA。(2)引線電阻的影響引線電阻的影響 用于測量的熱電阻，總得有連接導(dǎo)線，用于測量的熱電阻，總得有連接導(dǎo)線，但由于熱電阻本身的電阻值很小，所以引線但由于熱電阻本身的電阻值很小，所以引線的電阻值及其變化不能忽略。采用三線式連的電阻值及其變化不能忽略。采用三線式連接方法后，一根引線接到電源對角線上，另接方法后，一根引線接到電源對角線上，另兩根分別接到電橋相鄰的兩個臂。這樣，引兩根分別接到電橋相

11、鄰的兩個臂。這樣，引線電阻值及其變化對儀表讀數(shù)的影響可以互線電阻值及其變化對儀表讀數(shù)的影響可以互相抵消一部分。相抵消一部分。5 熱電阻的應(yīng)用熱電阻的應(yīng)用氣體元素成分分析儀氣體元素成分分析儀 首先建立一個元素分析儀氣體成分分析首先建立一個元素分析儀氣體成分分析室，它主要由四個外殼用相同材料制成的室，它主要由四個外殼用相同材料制成的分析室組成。分析室分析室組成。分析室RK1、RK2為參考室，為參考室，室內(nèi)充入潔凈的空氣，另外兩個分析室室內(nèi)充入潔凈的空氣，另外兩個分析室RX1、RX2內(nèi)充入被分析的混合氣體，四個分析室內(nèi)充入被分析的混合氣體，四個分析室組成橋路。工作時先將惰性氣體通入分析組成橋路。工作

12、時先將惰性氣體通入分析室，電橋失去平衡，其不平衡輸出是混合室，電橋失去平衡，其不平衡輸出是混合氣體成分的函數(shù)。氣體成分的函數(shù)。v氣體的導(dǎo)熱系數(shù)與氣體成分的體積濃度有氣體的導(dǎo)熱系數(shù)與氣體成分的體積濃度有關(guān)，對于相互不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的混合氣體，關(guān)，對于相互不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的混合氣體，其導(dǎo)熱系數(shù)為各氣體導(dǎo)熱系數(shù)的平均值。其導(dǎo)熱系數(shù)為各氣體導(dǎo)熱系數(shù)的平均值。設(shè)氫氣的導(dǎo)熱系數(shù)為設(shè)氫氣的導(dǎo)熱系數(shù)為1 1、氣體的百分?jǐn)?shù)含氣體的百分?jǐn)?shù)含量為量為，氮氣的導(dǎo)熱系數(shù)為，氮氣的導(dǎo)熱系數(shù)為2 2，兩種混合，兩種混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)為氣體的導(dǎo)熱系數(shù)為，則得下式：，則得下式：v =1 1+2 2（1-1-）/2/2 氫氣和氮氣的

13、導(dǎo)熱系數(shù)已知，只要測氫氣和氮氣的導(dǎo)熱系數(shù)已知，只要測出氫氣的百分?jǐn)?shù)含量出氫氣的百分?jǐn)?shù)含量，進而獲得氮氣的，進而獲得氮氣的百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)1-1-。大量的實驗和理論計算表明，。大量的實驗和理論計算表明，熱電阻阻值與氣體的導(dǎo)熱系數(shù)在一定范圍熱電阻阻值與氣體的導(dǎo)熱系數(shù)在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。通過測量熱電阻阻值就可內(nèi)呈線性關(guān)系。通過測量熱電阻阻值就可求得氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，也就間接求得各氣求得氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，也就間接求得各氣體的百分?jǐn)?shù)含量。體的百分?jǐn)?shù)含量。v12.2.2熱敏電阻熱敏電阻 熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，用途很廣，熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，用途很廣，它作為溫度測量儀表的感溫元件，開始于它作為溫度測量儀

14、表的感溫元件，開始于20世紀(jì)世紀(jì)60年代。熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的熱電年代。熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的熱電阻阻值與溫度呈現(xiàn)一定函數(shù)關(guān)系的原理制成阻阻值與溫度呈現(xiàn)一定函數(shù)關(guān)系的原理制成的溫度傳感器。的溫度傳感器。1 熱敏電阻的特點熱敏電阻的特點與熱電阻相比，熱敏電阻具有如下優(yōu)點：與熱電阻相比，熱敏電阻具有如下優(yōu)點：電阻溫度系數(shù)大（約為熱電阻的電阻溫度系數(shù)大（約為熱電阻的10倍），倍），靈敏度高；靈敏度高；結(jié)構(gòu)簡單，體積小，熱慣性小，可以用來結(jié)構(gòu)簡單，體積小，熱慣性小，可以用來測定點溫度及變化溫度；測定點溫度及變化溫度；使用壽命長使用壽命長利用半導(dǎo)體摻雜技術(shù)，可以測得利用半導(dǎo)體摻雜技術(shù)，可以測得42-1

15、00k之之間的溫度，是一種重要的低溫傳感器。間的溫度，是一種重要的低溫傳感器。其不足之處是互換性差，發(fā)散性嚴(yán)重。其不足之處是互換性差，發(fā)散性嚴(yán)重。2 熱敏電阻的結(jié)構(gòu)形式熱敏電阻的結(jié)構(gòu)形式 熱敏電阻是用一些金屬氧化物，按一熱敏電阻是用一些金屬氧化物，按一定的比例進行研磨，摻入一定的粘合劑成型，定的比例進行研磨，摻入一定的粘合劑成型，再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。采用不同的封裝形式，再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。采用不同的封裝形式，熱敏電阻可制成珠狀、圓片形、片形、桿狀熱敏電阻可制成珠狀、圓片形、片形、桿狀等各種形狀，作為感溫元件時通常選用珠狀等各種形狀，作為感溫元件時通常選用珠狀和圓片形。和圓片形。熱敏電阻主要由熱敏元

16、件、引線和殼熱敏電阻主要由熱敏元件、引線和殼體組成。其中引線是在高溫?zé)Y(jié)前埋入的。體組成。其中引線是在高溫?zé)Y(jié)前埋入的。v3 熱敏電阻的主要特性熱敏電阻的主要特性熱敏電阻主要有三種類型：熱敏電阻主要有三種類型：正溫度系數(shù)熱敏電阻（正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）、負(fù)溫度）、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（系數(shù)熱敏電阻（NTC）及在某一特定溫度）及在某一特定溫度下電阻值會發(fā)生突變的臨界溫度熱敏電阻下電阻值會發(fā)生突變的臨界溫度熱敏電阻（CTR）。）。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻應(yīng)用較為普遍，這負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻應(yīng)用較為普遍，這類熱敏電阻大部分都是用類熱敏電阻大部分都是用Mn、Co、Ni、Fe的金屬氧化物按一定比例混合，采用

17、陶瓷的金屬氧化物按一定比例混合，采用陶瓷工藝制備而成。具有靈敏度高、熱慣性小、工藝制備而成。具有靈敏度高、熱慣性小、壽命長、價格便宜等優(yōu)點，深受使用者歡壽命長、價格便宜等優(yōu)點，深受使用者歡迎。迎。v(1)電阻與溫度特性電阻與溫度特性 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻與溫度的關(guān)系可負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻與溫度的關(guān)系可由下式求得：由下式求得：RT=RT0eB(1/T-1/T0)熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)是指溫度變化時熱熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)是指溫度變化時熱敏電阻的阻值變化率與其阻值之比，即：敏電阻的阻值變化率與其阻值之比，即：決定了熱敏電阻在全部工作范圍內(nèi)的溫度靈決定了熱敏電阻在全部工作范圍內(nèi)的溫度靈敏度。

18、隨著溫度的升高，熱敏電阻的靈敏度顯著敏度。隨著溫度的升高，熱敏電阻的靈敏度顯著下降。下降。（2）熱敏電阻的伏安特性）熱敏電阻的伏安特性 熱敏電阻兩端電壓與通過熱敏電阻的電熱敏電阻兩端電壓與通過熱敏電阻的電流之間的關(guān)系稱為熱敏電阻的伏安特性。流之間的關(guān)系稱為熱敏電阻的伏安特性。當(dāng)通過熱敏電阻的電流很小時，遵循歐姆當(dāng)通過熱敏電阻的電流很小時，遵循歐姆定律；當(dāng)電流增大到一定值時，熱敏電阻定律；當(dāng)電流增大到一定值時，熱敏電阻自身開始發(fā)熱，出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)。自身開始發(fā)熱，出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)。熱敏電阻作為溫度測量儀表的感溫元件，熱敏電阻作為溫度測量儀表的感溫元件，實際測溫中是接在不平衡電橋的一個臂中，實際測溫中是接在不平衡電橋的一個臂中，工作時必定通過測量電流，而對該電流范工作時必定通過測量電流，而對該電流范圍有一定的要求。一般使它保持在電流與圍有一定的要求。一般使它保持在電流與電壓特性曲線的電壓特性曲線的0-5mA區(qū)域。電流和電壓區(qū)域。電流和電壓的關(guān)系基本符合歐姆定律。這是熱敏電阻的關(guān)系基本符合歐姆定律。這是熱敏電阻在實際測溫時特別注意的一個問題。在實際測溫時特別注意的一個問題。v4 熱敏電阻的應(yīng)用熱敏電阻的應(yīng)用熱敏電阻在日常生活中的應(yīng)用熱敏電阻在日常生活中的應(yīng)用