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1、2.3 熱電阻式傳感器,2.3.1 (金屬)熱電阻2.3.2 (半導(dǎo)體)熱敏電阻2.3.3 熱電阻式傳感器的應(yīng)用,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,取一只 100W/220V 燈泡，用萬(wàn)用表測(cè)量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484 。,2.3.1 金屬熱電阻,熱電阻電阻體（最主要部分）絕緣套管接線(xiàn)盒作為熱電阻的材料要求（特征）： 1）電阻與溫度變化具有良好的線(xiàn)性關(guān)系； 2）電阻溫度系數(shù)大，便于精確測(cè)量，（以提高熱電阻的靈敏 度）； 3）電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快。 4）在測(cè)量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能； 5）應(yīng)有良好的可加工性，且價(jià)格便宜。使用最廣泛的熱

2、電阻材料是鉑和銅，低溫測(cè)量中是常用銦、錳、碳等制成的熱電阻。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,熱電阻的結(jié)構(gòu),上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,普通工業(yè)用熱電阻式溫度傳感器,1） 常用熱電阻, 鉑熱電阻 鉑電阻(IEC)的電阻率較大，電阻溫度關(guān)系呈非線(xiàn)性，測(cè)溫范圍廣，精度高，且材料易提純，復(fù)現(xiàn)性好；物理、化學(xué)性質(zhì)都很穩(wěn)定。因此主要用來(lái)作為復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的基準(zhǔn)器當(dāng) 時(shí) 當(dāng) 時(shí) Rt為溫度為t時(shí)的電阻值; R0為溫度為0時(shí)的電阻值;A、B、C為常數(shù),A=3.96847X10-3-1； B=-5.847X10-7 -2; C=-4.22X10-12 -4。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,（2）銅熱電阻應(yīng) 用：測(cè)量精度要求不高且溫度

3、較低的場(chǎng)合測(cè)量范圍：50150優(yōu) 點(diǎn)：溫度范圍內(nèi)線(xiàn)性關(guān)系好，靈敏度比鉑電阻高，容易提純、加工，價(jià)格便宜，復(fù)制性能好。缺 點(diǎn)：易于氧化，一般只用于150以下的低溫測(cè)量和沒(méi)有水分及無(wú)侵蝕性介質(zhì)的溫度測(cè)量。與鉑相比，銅的電阻率低，所以銅電阻的體積較大。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,銅電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系為：,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,當(dāng)時(shí)，Rt=R0(1+at),Rt溫度為t時(shí)的電阻值;R0為溫度0時(shí)的電阻值;a為溫度為0時(shí)的電阻溫度系數(shù)。,銅熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖,鉑熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,銅熱電阻,2.3.2 半導(dǎo)體熱敏電阻,定義：熱敏電阻是一種利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度 顯著變化的特

4、性制成，由金屬氧化物和化合物按不同的配方比例燒結(jié)的敏感元件。優(yōu) 點(diǎn)： (1) 熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬大（49倍） (2) 電阻率大，體積小，熱慣性小，適于測(cè)量點(diǎn)、表面溫度及快速變化的溫度。 (3) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械性能好。缺點(diǎn)：線(xiàn)性度較差，復(fù)現(xiàn)性和互換性較差。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,熱敏電阻分類(lèi)：,正溫度系數(shù)(PTC)負(fù)溫度系數(shù)(NTC) 臨界溫度系數(shù)(CTR),熱敏電阻典型特性,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,PTC熱敏電阻正溫度系數(shù) 鈦酸鋇摻合稀土元素?zé)Y(jié)而成 用途：彩電消磁，各種電器設(shè)備的過(guò)熱保護(hù)， 發(fā)熱源的定溫控制，限流元件。 CTR熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù) 以三氧化二釩與鋇、硅等氧化物，在磷、硅

5、氧化 物的弱還原氣氛中混合燒結(jié)而成 用途：溫度開(kāi)關(guān)。 NTC熱敏電阻很高的負(fù)電阻溫度系數(shù) 主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等過(guò)渡金屬氧化物 混合燒結(jié)而成 應(yīng)用：點(diǎn)溫、表面溫度、溫差、溫場(chǎng)等測(cè)量 自動(dòng)控制及電子線(xiàn)路的熱補(bǔ)償線(xiàn)路,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,1. 熱敏電阻的主要特性, 溫度特性 伏安特性,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回, 溫度特性,NTC型熱敏電阻，在較小的溫度范圍內(nèi)，電阻-溫度特性,式中 RT , R0熱敏電阻在絕對(duì)溫度T，T0時(shí)的阻值()； T0, T 介質(zhì)的起始溫度和變化溫度（K）； t0 , t 介質(zhì)的起始溫度和變化溫度（）； B 熱敏電阻材料常數(shù)，一般為20006000K， 其大小

6、取決于熱敏電阻的材料。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,若已知兩個(gè)電阻值以及相應(yīng)的溫度值，就可求得B值。一般取20和100時(shí)的電阻R20 和R100計(jì)算B值，即將T=373K，T0=293K代入上式，則,將B值及R0=R20 代入式就確定了熱敏電阻的溫度特性:,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,B和值是表征熱敏電阻材料性能的兩個(gè)重要參數(shù)，熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)比金屬絲的高很多，所以它的靈敏度很高。,熱敏電阻的電阻溫度系數(shù),熱敏電阻在其本身溫度變化1時(shí)，電阻值的相對(duì)變化量,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回, 伏安特性,在穩(wěn)態(tài)情況下，通過(guò)熱敏電阻的電流I與其兩端的電壓U之間的關(guān)系，,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,伏安特性,當(dāng)流過(guò)熱

7、敏電阻的電流很小時(shí):不足以使之加熱。電阻值只決定于環(huán)境溫度，伏安特性是直線(xiàn)，遵循歐姆定律。主要用來(lái)測(cè)溫。當(dāng)電流增大到一定值時(shí)：流過(guò)熱敏電阻的電流使之加熱，本身溫度升高，出現(xiàn)負(fù)阻特性。因電阻減小，即使電流增大，端電壓反而下降。其所能升高的溫度與環(huán)境條件(周?chē)橘|(zhì)溫度及散熱條件)有關(guān)。當(dāng)電流和周?chē)橘|(zhì)溫度一定時(shí)，熱敏電阻的電阻值取決于介質(zhì)的流速、流量、密度等散熱條件?？捎盟鼇?lái)測(cè)量流體速度和介質(zhì)密度。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,2. 熱敏電阻的結(jié)構(gòu),構(gòu)成：熱敏探頭、引線(xiàn)、殼體二端和三端器件：為直熱式，即熱敏電阻直接由連接的電路獲得功率；四端器件：旁熱式,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,熱敏電阻的結(jié)構(gòu)形式,上一

8、頁(yè),下一頁(yè),返 回,3. 熱敏電阻的主要參數(shù), 標(biāo)稱(chēng)電阻值RH 在環(huán)境溫度為250.2時(shí)測(cè)得的電阻值，又稱(chēng)冷電阻。其大小取決于熱敏電阻的材料和幾何尺寸。 耗散系數(shù)H 指熱敏電阻的溫度與周?chē)橘|(zhì)的溫度相差1時(shí)熱敏電阻所耗散的功率，單位為mW /； 熱容量C 熱敏電阻的溫度變化1所需吸收或釋放的熱量，單位為J；,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回, 能量靈敏度G （W）使熱敏電阻的阻值變化1所需耗散的功率。 時(shí)間常數(shù) 溫度為T(mén)0的熱敏電阻突然置于溫度為T(mén) 的介質(zhì)中，熱敏電阻的溫度增量T= 0.63 (TT0) 時(shí)所需的時(shí)間。 額定功率PE 在標(biāo)準(zhǔn)壓力（750mmHg）和規(guī)定的最高環(huán)境溫度下，熱敏電阻長(zhǎng)期連續(xù)使

9、用所允許的耗散功率，單位為W。在實(shí)際使用時(shí)，熱敏電阻所消耗的功率不得超過(guò)額定功率,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,4. 熱敏電阻的線(xiàn)性化,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,串聯(lián)在熱敏電阻中的R的最佳值,2.3.3 熱電阻式傳感器的應(yīng)用,1、金屬熱電阻傳感器 200+500范圍的溫度測(cè)量 特點(diǎn)：精度高、適于測(cè)低溫。2、半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器應(yīng)用范圍很廣，可在宇宙航船、醫(yī)學(xué)、工業(yè)及家用電器等方面用作測(cè)溫、控溫、溫度補(bǔ)償、流速測(cè)量、液面指示等。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,1、金屬熱電阻傳感器,工業(yè)廣泛使用，200+500范圍溫度測(cè)量。在特殊情況下，測(cè)量的低溫端可達(dá)3.4K，甚至更低，1K左右。高溫端可測(cè)到1000。溫度測(cè)

10、量的特點(diǎn)：精度高、適于測(cè)低溫。傳感器的測(cè)量電路：經(jīng)常使用電橋 精度較高的是自動(dòng)電橋。為消除由于連接導(dǎo)線(xiàn)電阻隨環(huán)境溫度變化而造成的測(cè)量誤差，常采用三線(xiàn)制和四線(xiàn)制連接法。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,三線(xiàn)制,熱電阻測(cè)溫電橋的三線(xiàn)制接法,工業(yè)用熱電阻一般采用三線(xiàn)制,G檢流計(jì)，R1 ，R2 ，R3固定電阻，R a零位調(diào)節(jié)電阻， R t 熱電阻,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,G為指示電表，R1、R2、R3為固定電阻， Ra為零位調(diào)節(jié)電阻。熱電阻都通過(guò)電阻分別為r1、r3、r3的三根導(dǎo)線(xiàn)和電橋連接，r2、r3分別接在相鄰的兩臂，當(dāng)溫度變化時(shí)，只要它們的長(zhǎng)度和電阻溫度系數(shù)相同，它們的電阻變化就不會(huì)影響電橋的狀態(tài)，即不

11、會(huì)產(chǎn)生溫度誤差。電橋在零位調(diào)整時(shí)，應(yīng)使R4RaRt0為電阻在參考溫度（如0）時(shí)的電阻值。三線(xiàn)連接法的缺點(diǎn)之一是可調(diào)電阻的接觸電阻和電橋臂的電阻相連，可能導(dǎo)致電橋的零點(diǎn)不穩(wěn)。,四線(xiàn)制接法,熱電阻測(cè)溫電橋的四線(xiàn)制接法,精密測(cè)量中，采用四線(xiàn)制接法,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,2、半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器, 溫度測(cè)量 流量測(cè)量 溫度補(bǔ)償 溫度控制,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回, 溫度測(cè)量,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,熱敏電阻點(diǎn)溫計(jì),使用時(shí)先將切換開(kāi)關(guān)S連到1處用以校正電路，調(diào)節(jié)R6使顯示儀表的指針轉(zhuǎn)至測(cè)量上限，用以消除由于電源E電壓變化產(chǎn)生的誤差。當(dāng)熱敏電阻傳感器插入被測(cè)介質(zhì)后，再將s切換至2處，接通測(cè)量電路，此時(shí)顯示

12、值即為被測(cè)溫度值。,E是電池，電池的電壓會(huì)隨著使用的時(shí)間慢慢降低的，電壓低了測(cè)出來(lái)的溫度會(huì)變小，1檔的位置電阻R4是正常時(shí)的滿(mǎn)量程標(biāo)準(zhǔn)電阻，這時(shí)只要調(diào)整R6使得量程打滿(mǎn)，儀表就校準(zhǔn)了，此時(shí)不受電池電壓的影響，儀表是準(zhǔn)確的，切換到2檔就能正常測(cè)量了。 注意，每次測(cè)量前都要校準(zhǔn)的！,流量測(cè)量,利用熱敏電阻上的熱量消耗和介質(zhì)流速的關(guān)系可以測(cè)量流量、流速、風(fēng)速等,上一頁(yè),返 回,熱敏電阻流量計(jì), 溫度補(bǔ)償,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,儀表中的電阻溫度補(bǔ)償電路,金屬一般具有正的溫度系數(shù)，采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻進(jìn)行補(bǔ)償，可以抵消由于溫度變化所產(chǎn)生的誤差,(4) 溫度控制,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,簡(jiǎn)易溫度控制器,薄膜型及普通型鉑熱電阻,小型鉑熱電阻,防爆型鉑熱電阻,汽車(chē)用水溫傳感器及水溫表,銅熱電阻,鉑電阻溫度顯示、變送器,