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1、2.3 热电阻式传感器,2.3.1(金属)热电阻2.3.2(半导体)热敏电阻2.3.3 热电阻式传感器的应用,上一页,下一页,返 回,取一只 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484。,2.3.1 金属热电阻,热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒作为热电阻的材料要求（特征）：1）电阻与温度变化具有良好的线性关系；2）电阻温度系数大，便于精确测量，（以提高热电阻的灵敏 度）；3）电阻率高，热容量小，反应速度快。4）在测量范围内具有稳定的物理和化学性能；5）应有良好的可加工性，且价格便宜。使用最广泛的热电阻材料是铂和铜
2、，低温测量中是常用铟、锰、碳等制成的热电阻。,上一页,下一页,返 回,热电阻的结构,上一页,下一页,返 回,普通工业用热电阻式温度传感器,1）常用热电阻,铂热电阻 铂电阻(IEC)的电阻率较大，电阻温度关系呈非线性，测温范围广，精度高，且材料易提纯，复现性好；物理、化学性质都很稳定。因此主要用来作为复现温标的基准器当 时 当 时 Rt为温度为t时的电阻值;R0为温度为0时的电阻值;A、B、C为常数,A=3.96847X10-3-1；B=-5.847X10-7-2;C=-4.22X10-12-4。,上一页,下一页,返 回,（2）铜热电阻应 用：测量精度要求不高且温度较低的场合测量范围：50150
3、优 点：温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。缺 点：易于氧化，一般只用于150以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。,上一页,下一页,返 回,铜电阻的阻值与温度之间的关系为：,上一页,下一页,返 回,当时，Rt=R0(1+at),Rt温度为t时的电阻值;R0为温度0时的电阻值;a为温度为0时的电阻温度系数。,铜热电阻结构示意图,铂热电阻结构示意图,上一页,下一页,返 回,铜热电阻,2.3.2 半导体热敏电阻,定义：热敏电阻是一种利用半导体的电阻值随温度 显著变化的特性制成，由金属氧化物和化合物按
4、不同的配方比例烧结的敏感元件。优 点：(1)热敏电阻的温度系数比金属大（49倍）(2)电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点、表面温度及快速变化的温度。(3)结构简单、机械性能好。缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。,上一页,下一页,返 回,热敏电阻分类：,正温度系数(PTC)负温度系数(NTC)临界温度系数(CTR),热敏电阻典型特性,上一页,下一页,返 回,PTC热敏电阻正温度系数 钛酸钡掺合稀土元素烧结而成 用途：彩电消磁，各种电器设备的过热保护，发热源的定温控制，限流元件。CTR热敏电阻负温度系数 以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化 物的弱还原气氛中混合烧结而成 用途：温度开
5、关。NTC热敏电阻很高的负电阻温度系数 主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等过渡金属氧化物 混合烧结而成 应用：点温、表面温度、温差、温场等测量 自动控制及电子线路的热补偿线路,上一页,下一页,返 回,1.热敏电阻的主要特性,温度特性 伏安特性,上一页,下一页,返 回,温度特性,NTC型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻-温度特性,式中 RT,R0热敏电阻在绝对温度T，T0时的阻值()；T0,T 介质的起始温度和变化温度（K）；t0,t 介质的起始温度和变化温度（）；B 热敏电阻材料常数，一般为20006000K，其大小取决于热敏电阻的材料。,上一页,下一页,返 回,若已知两个电阻值以及相应的
6、温度值，就可求得B值。一般取20和100时的电阻R20 和R100计算B值，即将T=373K，T0=293K代入上式，则,将B值及R0=R20 代入式就确定了热敏电阻的温度特性:,上一页,下一页,返 回,B和值是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数，热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的高很多，所以它的灵敏度很高。,热敏电阻的电阻温度系数,热敏电阻在其本身温度变化1时，电阻值的相对变化量,上一页,下一页,返 回,伏安特性,在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I与其两端的电压U之间的关系，,上一页,下一页,返 回,伏安特性,当流过热敏电阻的电流很小时:不足以使之加热。电阻值只决定于环境温度，伏安特性是直线，
7、遵循欧姆定律。主要用来测温。当电流增大到一定值时：流过热敏电阻的电流使之加热，本身温度升高，出现负阻特性。因电阻减小，即使电流增大，端电压反而下降。其所能升高的温度与环境条件(周围介质温度及散热条件)有关。当电流和周围介质温度一定时，热敏电阻的电阻值取决于介质的流速、流量、密度等散热条件。可用它来测量流体速度和介质密度。,上一页,下一页,返 回,2.热敏电阻的结构,构成：热敏探头、引线、壳体二端和三端器件：为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路获得功率；四端器件：旁热式,上一页,下一页,返 回,热敏电阻的结构形式,上一页,下一页,返 回,3.热敏电阻的主要参数,标称电阻值RH 在环境温度为250
8、.2时测得的电阻值，又称冷电阻。其大小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。耗散系数H 指热敏电阻的温度与周围介质的温度相差1时热敏电阻所耗散的功率，单位为mW/；热容量C 热敏电阻的温度变化1所需吸收或释放的热量，单位为J；,上一页,下一页,返 回,能量灵敏度G（W）使热敏电阻的阻值变化1所需耗散的功率。时间常数 温度为T0的热敏电阻突然置于温度为T 的介质中，热敏电阻的温度增量T=0.63(TT0)时所需的时间。额定功率PE 在标准压力（750mmHg）和规定的最高环境温度下，热敏电阻长期连续使用所允许的耗散功率，单位为W。在实际使用时，热敏电阻所消耗的功率不得超过额定功率,上一页,下一页,返
9、回,4.热敏电阻的线性化,上一页,下一页,返 回,串联在热敏电阻中的R的最佳值,2.3.3 热电阻式传感器的应用,1、金属热电阻传感器 200+500范围的温度测量 特点：精度高、适于测低温。2、半导体热敏电阻传感器应用范围很广，可在宇宙航船、医学、工业及家用电器等方面用作测温、控温、温度补偿、流速测量、液面指示等。,上一页,下一页,返 回,1、金属热电阻传感器,工业广泛使用，200+500范围温度测量。在特殊情况下，测量的低温端可达3.4K，甚至更低，1K左右。高温端可测到1000。温度测量的特点：精度高、适于测低温。传感器的测量电路：经常使用电桥 精度较高的是自动电桥。为消除由于连接导线电
10、阻随环境温度变化而造成的测量误差，常采用三线制和四线制连接法。,上一页,下一页,返 回,三线制,热电阻测温电桥的三线制接法,工业用热电阻一般采用三线制,G检流计，R1，R2，R3固定电阻，R a零位调节电阻，R t 热电阻,上一页,下一页,返 回,G为指示电表，R1、R2、R3为固定电阻，Ra为零位调节电阻。热电阻都通过电阻分别为r1、r3、r3的三根导线和电桥连接，r2、r3分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的长度和电阻温度系数相同，它们的电阻变化就不会影响电桥的状态，即不会产生温度误差。电桥在零位调整时，应使R4RaRt0为电阻在参考温度（如0）时的电阻值。三线连接法的缺点之一是可
11、调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。,四线制接法,热电阻测温电桥的四线制接法,精密测量中，采用四线制接法,上一页,下一页,返 回,2、半导体热敏电阻传感器,温度测量 流量测量 温度补偿 温度控制,上一页,下一页,返 回,温度测量,上一页,下一页,返 回,热敏电阻点温计,使用时先将切换开关S连到1处用以校正电路，调节R6使显示仪表的指针转至测量上限，用以消除由于电源E电压变化产生的误差。当热敏电阻传感器插入被测介质后，再将s切换至2处，接通测量电路，此时显示值即为被测温度值。,E是电池，电池的电压会随着使用的时间慢慢降低的，电压低了测出来的温度会变小，1档的位置电阻R4是正常时的满量程标准电阻，这时只要调整R6使得量程打满，仪表就校准了，此时不受电池电压的影响，仪表是准确的，切换到2档就能正常测量了。注意，每次测量前都要校准的！,流量测量,利用热敏电阻上的热量消耗和介质流速的关系可以测量流量、流速、风速等,上一页,返 回,热敏电阻流量计,温度补偿,上一页,下一页,返 回,仪表中的电阻温度补偿电路,金属一般具有正的温度系数，采用负温度系数的热敏电阻进行补偿，可以抵消由于温度变化所产生的误差,(4)温度控制,上一页,下一页,返 回,简易温度控制器,薄膜型及普通型铂热电阻,小型铂热电阻,防爆型铂热电阻,汽车用水温传感器及水温表,铜热电阻,铂电阻温度显示、变送器,
