《自動檢測技術(shù)(第3版)》馬西秦第2章電阻傳感器

1、第二章 電阻式傳感器 電阻式傳感器的基本原理是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成電阻式傳感器的基本原理是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻值的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸傳感元件電阻值的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。出。測量電路測量電路 自動測力或稱重中應(yīng)用最普遍的是電阻應(yīng)變式傳感器，自動測力或稱重中應(yīng)用最普遍的是電阻應(yīng)變式傳感器，應(yīng)變式傳感器有下列優(yōu)點：應(yīng)變式傳感器有下列優(yōu)點： 1.精確度，線性度好，靈敏度高精確度，線性度好，靈敏度高 2.滯后和蠕變都較小，壽命高滯后和蠕變都較小，壽命高 3.容易與二次儀表相匹配實現(xiàn)自動檢測容易與二次儀表相匹配實現(xiàn)自動檢測 4.結(jié)構(gòu)較簡單，體積較小應(yīng)用靈活結(jié)構(gòu)較簡

2、單，體積較小應(yīng)用靈活 5.工作穩(wěn)定、保養(yǎng)方便工作穩(wěn)定、保養(yǎng)方便 應(yīng)變式傳感器除可用于測量力參數(shù)外，還可用于測量加應(yīng)變式傳感器除可用于測量力參數(shù)外，還可用于測量加速度，振幅等其他物理量。速度，振幅等其他物理量。第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 應(yīng)變式傳感器是利用金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)，將被測量轉(zhuǎn)應(yīng)變式傳感器是利用金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)，將被測量轉(zhuǎn)換為電量輸出的一種傳感器。換為電量輸出的一種傳感器。 一、電阻應(yīng)變效應(yīng)一、電阻應(yīng)變效應(yīng) 當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值發(fā)生當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值發(fā)生變化。變化。 取一根長度為取一根長度為L，截面積為截面積為S，電

3、阻率為電阻率為 的金屬絲，的金屬絲，未受力時其電阻未受力時其電阻R為為ALR 當(dāng)電阻絲受到拉力當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時作用時, 將伸長將伸長L, 橫截面積相應(yīng)減橫截面積相應(yīng)減小小A（取負(fù)號）（取負(fù)號）, 電阻率將因晶格發(fā)生變形等因素而改變電阻率將因晶格發(fā)生變形等因素而改變, 故引起電阻值相對變化量為故引起電阻值相對變化量為AALLRR式中式中L/L是長度相對變化量是長度相對變化量, 用應(yīng)變用應(yīng)變表示表示LLA/A為電阻絲的截面積相對變化量為電阻絲的截面積相對變化量, 因因 ddAA2241dA 由材料力學(xué)由材料力學(xué), 在彈性范圍內(nèi)在彈性范圍內(nèi), 金屬絲受拉力時金屬絲受拉力時, 沿軸向伸沿軸向伸

4、長長, 沿徑向縮短沿徑向縮短, 那么軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為那么軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為LLdd式中式中: 材料的泊松比材料的泊松比, 負(fù)號表示應(yīng)變方向相反。負(fù)號表示應(yīng)變方向相反。 材料的應(yīng)變材料的應(yīng)變 以以取代取代 和和 ，得，得LLLLpRR)21 ()21 (LLLLdd0)21 (KLLpRR 從上式中提出從上式中提出 ，得，得 材料的靈敏度系數(shù)材料的靈敏度系數(shù)K0取決于兩個因素取決于兩個因素 （1）材料幾何尺寸的改變。見上式中的）材料幾何尺寸的改變。見上式中的 項。項。 （2）應(yīng)變引起的電阻率改變。見上式中的）應(yīng)變引起的電阻率改變。見上式中的 項。項。 結(jié)論：金屬材料

5、的結(jié)論：金屬材料的 主要受前者影響；非金屬材料主主要受前者影響；非金屬材料主要受后者影響！要受后者影響！ K0為靈敏度系數(shù)為靈敏度系數(shù)-單位應(yīng)變能引起的電阻變化。單位應(yīng)變能引起的電阻變化。)21 (LLpRR二、電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)二、電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)1.1.金屬電阻應(yīng)變片金屬電阻應(yīng)變片 用應(yīng)變片測量時，將其貼在被測對象表面上。當(dāng)用應(yīng)變片測量時，將其貼在被測對象表面上。當(dāng)被測對象受力變形時，應(yīng)變片也隨同變形，其電阻值被測對象受力變形時，應(yīng)變片也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變發(fā)生相應(yīng)變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化?；?.2.半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片體型體

6、型薄膜型薄膜型擴(kuò)散型擴(kuò)散型導(dǎo)體應(yīng)變片導(dǎo)體應(yīng)變片三、應(yīng)變片的粘貼技術(shù)三、應(yīng)變片的粘貼技術(shù)應(yīng)變片的檢查與選擇應(yīng)變片的檢查與選擇試件的表面處理試件的表面處理底層處理底層處理貼片貼片固化固化粘貼質(zhì)量檢查粘貼質(zhì)量檢查引線焊接與組橋連接引線焊接與組橋連接 四、測量電路四、測量電路 作用：將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出。作用：將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出。 (一一) 直流電橋直流電橋 空載電壓：空載電壓： 直流電源直流電源U輸輸出出電電壓壓BCACABUUUU0343221RRRURRRUURRRRRRRRU)(432142310R等效電阻：等效電阻：43432121RRRRRRRRR直流電橋直流電橋交流電橋交流

7、電橋4231RRRR直流電橋平衡條件：直流電橋平衡條件：等臂電橋等臂電橋輸出對稱電橋輸出對稱電橋電源對稱電橋電源對稱電橋 1.1.直流電橋的電流輸出直流電橋的電流輸出 如果直流電橋帶一個具有內(nèi)阻如果直流電橋帶一個具有內(nèi)阻RgRg的負(fù)載的負(fù)載, ,將輸出將輸出電流電流Ig.Ig. 電流輸出電路及其等效電路電流輸出電路及其等效電路: : gUgI(E=U(E=U0 0) )()()(21434321432142310RRRRRRRRRRRRRRRRRURRUIggg 由等效電路可求得由等效電路可求得IgIg、UgUg的一般表達(dá)式的一般表達(dá)式: : * *當(dāng)阻抗匹配即當(dāng)阻抗匹配即Rg=RRg=R時時

8、,Ig,Ig、UgUg表達(dá)式可簡化為表達(dá)式可簡化為: :)()()(2143432143214231RRRRRRRRRRRRRRRRRRRIUggggg)()(2214343214231RRRRRRRRRRRRUIg)(243214231RRRRRRRRUUg 設(shè)設(shè)R1R1為應(yīng)變電阻，當(dāng)電阻為應(yīng)變電阻，當(dāng)電阻增加增加R R時，由時，由IgIg簡化算式：簡化算式： RRRRRRUIg22222)(14RRRRURRKUIg4)()(2214343214231RRRRRRRRRRRRUIg得輸出電流為：得輸出電流為：即即（2 2）阻抗匹配的電源對稱電橋，也有）阻抗匹配的電源對稱電橋，也有（1 1）

9、阻抗匹配的輸出對稱電橋）阻抗匹配的輸出對稱電橋RRKUIg4（3 3）阻抗匹配的等臂電橋，有）阻抗匹配的等臂電橋，有KRUIg82.2.直流電橋的電壓輸出直流電橋的電壓輸出 如果直流電橋輸出帶運算放大器，負(fù)載電阻如果直流電橋輸出帶運算放大器，負(fù)載電阻Rg,Rg,輸輸出電流出電流Ig0Ig0，輸出電壓即可認(rèn)為是電橋電路的開路電壓：，輸出電壓即可認(rèn)為是電橋電路的開路電壓：URRRRRRRRU)(432142310對于輸出對稱電橋（右圖）對于輸出對稱電橋（右圖）0UKUU40RRUURRRRRRU4)(0即即 對于電源對稱電橋?qū)τ陔娫磳ΨQ電橋 KRRRRUU20)(對于等臂電橋?qū)τ诘缺垭姌?KUU4

10、0直流電橋?qū)嵱秒娐分绷麟姌驅(qū)嵱秒娐?等臂電橋全橋工作電路等臂電橋全橋工作電路特征：四個電阻相同特征：四個電阻相同 四個電阻全為應(yīng)變電阻四個電阻全為應(yīng)變電阻 （兩個被拉長，兩個被壓短）（兩個被拉長，兩個被壓短）URRRRRRRRU)(432142310URRRRRR)2)(2()()(22RRUURRR244UKU 0 與單臂應(yīng)變相比，與單臂應(yīng)變相比，靈敏度擴(kuò)大靈敏度擴(kuò)大4 4倍！倍！ (二二) 交流電橋交流電橋 交流電橋采交流電橋采用用正弦交流電源正弦交流電源U，電源頻率取，電源頻率取被測應(yīng)變頻率的被測應(yīng)變頻率的510倍。倍。 各各橋臂采用橋臂采用應(yīng)變片或定值精應(yīng)變片或定值精密無感電阻密無感電

11、阻。 在頻率較高在頻率較高時，必須時，必須考慮分考慮分布電容布電容的影響。的影響。 如：如：1111/CjRZ等。等。Z1Z2 Z3Z4tUumsintUZZZZZZZZtumsin)()(432142310設(shè)正弦交流電源設(shè)正弦交流電源則輸出交流電壓則輸出交流電壓UZZZZZZZZU)(4321423104231ZZZZ交流電橋平衡條件：交流電橋平衡條件：或或（1）等臂電橋單臂應(yīng)變情況下）等臂電橋單臂應(yīng)變情況下UZZU410tUKtumsin41)(0（2）等臂電橋雙臂應(yīng)變情況下）等臂電橋雙臂應(yīng)變情況下UZZU410tUKtumsin41)(0(三三) 電橋的線路補(bǔ)償電橋的線路補(bǔ)償 （1）初始

12、平衡補(bǔ)償）初始平衡補(bǔ)償 對平衡位置（零點）對平衡位置（零點）的改變進(jìn)行的補(bǔ)償。的改變進(jìn)行的補(bǔ)償。 如果某一對橋臂電如果某一對橋臂電阻的乘積較小，可對這阻的乘積較小，可對這兩個電阻中的任一個串兩個電阻中的任一個串聯(lián)小的補(bǔ)償電阻進(jìn)行補(bǔ)聯(lián)小的補(bǔ)償電阻進(jìn)行補(bǔ)償，以滿足電橋的初始償，以滿足電橋的初始平衡條件。平衡條件。補(bǔ)償電阻補(bǔ)償電阻（2）溫度補(bǔ)償）溫度補(bǔ)償a.a.補(bǔ)償片補(bǔ)償補(bǔ)償片補(bǔ)償b.b.熱敏電阻補(bǔ)償熱敏電阻補(bǔ)償補(bǔ)償應(yīng)變片補(bǔ)償應(yīng)變片置于相同現(xiàn)場溫度置于相同現(xiàn)場溫度不受力不受力受力受力工工作作應(yīng)應(yīng)變變片片熱敏電阻熱敏電阻調(diào)零調(diào)零如圖中如圖中R2、R4橋臂的總溫度系數(shù)低橋臂的總溫度系數(shù)低,可采用高溫度系

13、數(shù)的可采用高溫度系數(shù)的RT進(jìn)行補(bǔ)償進(jìn)行補(bǔ)償（3）彈性模量補(bǔ)償）彈性模量補(bǔ)償 彈性材料受環(huán)境影響，如升溫變軟，彈性模量減??；老彈性材料受環(huán)境影響，如升溫變軟，彈性模量減??；老化變硬，彈性模量增大等?；冇?，彈性模量增大等。 對于升溫變軟，可采用銅絲或鎳絲制成補(bǔ)償電阻對于升溫變軟，可采用銅絲或鎳絲制成補(bǔ)償電阻RE進(jìn)行進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償調(diào)零調(diào)零彈性模量補(bǔ)償彈性模量補(bǔ)償 分析：當(dāng)彈性材料升分析：當(dāng)彈性材料升溫變軟，同樣受力引起的溫變軟，同樣受力引起的應(yīng)變應(yīng)變增大，測量電路輸增大，測量電路輸出會增大。出會增大。 加上加上R RE E之后，由于之后，由于R RE E升溫增大，電橋電路供電升溫

14、增大，電橋電路供電電壓減小，補(bǔ)償了升溫引電壓減小，補(bǔ)償了升溫引起的輸出增大。起的輸出增大。 五、電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用五、電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用（一）測力與稱重傳感器（一）測力與稱重傳感器（二）壓力傳感器（二）壓力傳感器 補(bǔ)償片補(bǔ)償片工作片工作片膜片膜片應(yīng)變片應(yīng)變片插座插座（三）加速度傳感器（三）加速度傳感器質(zhì)質(zhì)量量塊塊應(yīng)應(yīng)變變梁梁應(yīng)應(yīng)變變片片阻阻尼尼液液密密封封墊墊接接線線板板底座底座（四）位移傳感器（四）位移傳感器彈簧彈簧插頭座插頭座應(yīng)變片應(yīng)變片等寬懸臂梁等寬懸臂梁調(diào)整螺釘調(diào)整螺釘頂桿頂桿第二節(jié)第二節(jié) 固態(tài)壓阻式傳感器固態(tài)壓阻式傳感器 -半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器 壓阻效應(yīng)：固體受到作用力后

15、，電阻率就要發(fā)生變化，壓阻效應(yīng)：固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)特別強(qiáng)。這種現(xiàn)象叫壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)特別強(qiáng)。 半導(dǎo)體壓阻式傳感器分類半導(dǎo)體壓阻式傳感器分類粘貼式應(yīng)變片粘貼式應(yīng)變片擴(kuò)散硅型壓阻傳感器擴(kuò)散硅型壓阻傳感器 特點：靈敏系數(shù)大，分辨率高，動態(tài)響應(yīng)快，特點：靈敏系數(shù)大，分辨率高，動態(tài)響應(yīng)快，體積小，溫度范圍寬，便于批量生產(chǎn)，易于集成體積小，溫度范圍寬，便于批量生產(chǎn)，易于集成化、智能化?；⒅悄芑?本節(jié)介紹本節(jié)介紹擴(kuò)散硅型壓阻傳感器擴(kuò)散硅型壓阻傳感器設(shè)半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)為設(shè)半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)為 ，材料受到的應(yīng)力為，材料受到的應(yīng)力

16、為， 有有一、工作原理與結(jié)構(gòu)一、工作原理與結(jié)構(gòu))21 (RR對于半導(dǎo)體材料，其電阻率的變化為：對于半導(dǎo)體材料，其電阻率的變化為：ll 在彈性變形限度內(nèi)，壓阻效應(yīng)是可逆的，當(dāng)應(yīng)力消失在彈性變形限度內(nèi)，壓阻效應(yīng)是可逆的，當(dāng)應(yīng)力消失時，硅片的電阻會恢復(fù)原來數(shù)值。時，硅片的電阻會恢復(fù)原來數(shù)值。 注意：晶體在不同的方向上，壓阻效應(yīng)數(shù)值不同。注意：晶體在不同的方向上，壓阻效應(yīng)數(shù)值不同。壓阻效應(yīng)傳感器的核心壓阻效應(yīng)傳感器的核心-硅膜片硅膜片內(nèi)部電路內(nèi)部電路膜片芯體示意圖膜片芯體示意圖引引出出線線二、壓阻式壓力傳感器二、壓阻式壓力傳感器硅杯硅杯高高壓壓腔腔低壓腔低壓腔硅膜片硅膜片引線引線引線引線三、壓阻式加速

17、度傳感器三、壓阻式加速度傳感器基座基座擴(kuò)散電阻擴(kuò)散電阻質(zhì)量塊質(zhì)量塊梁梁 四、壓阻式傳感器的應(yīng)用四、壓阻式傳感器的應(yīng)用 因為壓阻式傳感器具有靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)快、體因為壓阻式傳感器具有靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)快、體積小、溫度范圍寬、便于批量生產(chǎn)、易于集成化、智能積小、溫度范圍寬、便于批量生產(chǎn)、易于集成化、智能化的優(yōu)點。在航空、航海、石油、化工、機(jī)械、兵器、化的優(yōu)點。在航空、航海、石油、化工、機(jī)械、兵器、醫(yī)療等各方面獲得廣泛應(yīng)用。醫(yī)療等各方面獲得廣泛應(yīng)用。機(jī)械機(jī)械：實時檢測各種機(jī)器設(shè)備、生產(chǎn)線的氣液壓力等：實時檢測各種機(jī)器設(shè)備、生產(chǎn)線的氣液壓力等 航空航空：飛機(jī)發(fā)動機(jī)壓力、物體加速度等：飛機(jī)發(fā)動機(jī)壓力、

18、物體加速度等兵器兵器：槍炮膛內(nèi)壓力、爆炸壓力、沖擊波壓力等：槍炮膛內(nèi)壓力、爆炸壓力、沖擊波壓力等醫(yī)療醫(yī)療：測量心腦血管、顱內(nèi)、尿道、眼球內(nèi)壓力等：測量心腦血管、顱內(nèi)、尿道、眼球內(nèi)壓力等其他：自來水管網(wǎng)壓力檢測其他：自來水管網(wǎng)壓力檢測 震動檢測震動檢測 過山車加速度檢測等過山車加速度檢測等第三節(jié)第三節(jié) 熱電阻式溫度傳感器熱電阻式溫度傳感器 熱電阻傳感器熱電阻傳感器分類：分類：金屬熱電阻金屬熱電阻=熱電阻熱電阻半導(dǎo)體熱電阻半導(dǎo)體熱電阻=熱敏電阻熱敏電阻 熱電阻傳感器熱電阻傳感器-利用利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體導(dǎo)體或半導(dǎo)體的的電阻值隨電阻值隨溫度變化溫度變化而變的物理現(xiàn)象進(jìn)行溫度檢測。而變的物理現(xiàn)象進(jìn)行溫度檢

19、測。 一、熱電阻一、熱電阻 優(yōu)點：優(yōu)點： （1 1）電阻）電阻- -溫度變化具有良好的線性關(guān)系；溫度變化具有良好的線性關(guān)系； （2 2）電阻溫度系數(shù)大，故測量精度高；）電阻溫度系數(shù)大，故測量精度高； （3 3）熱容量小，反應(yīng)速度快；）熱容量小，反應(yīng)速度快； （4 4）有較大的測量范圍；）有較大的測量范圍；200200500500； （5 5）在測量范圍內(nèi)具有高的物理和化學(xué)性質(zhì)，價格）在測量范圍內(nèi)具有高的物理和化學(xué)性質(zhì)，價格較低。較低。 （5 5）易于使用在自動測量和遠(yuǎn)距離測量中。）易于使用在自動測量和遠(yuǎn)距離測量中。（一）鉑電阻（一）鉑電阻 鉑熱電阻的特點是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠鉑熱電阻的特

20、點是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠, 所所以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。 鉑熱電阻的特性方程：鉑熱電阻的特性方程： 在在0650的溫度范圍內(nèi)的溫度范圍內(nèi): 在在-2000的溫度范圍內(nèi)的溫度范圍內(nèi):32020)100(11ttCBtAtRRBtAtRRttR Rt t和和R R0 0分別為分別為tt和和00時鉑電阻值時鉑電阻值; A; A、 B B和和C C為常數(shù)。為常數(shù)。 目前我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有目前我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=10和和R0=100兩兩種種, 它們的分度號分別為它們的分度號分別為Pt10和和Pt100, 其中以其中以Pt100為常用。為常用。

21、 不同分度號有相應(yīng)分度表不同分度號有相應(yīng)分度表, 即即Rt-t 的關(guān)系表。的關(guān)系表。 實際測量中實際測量中, 只要測得熱電阻的阻值只要測得熱電阻的阻值Rt, 便可從便可從分度表分度表上上查出對應(yīng)的溫度值。查出對應(yīng)的溫度值。 鉑電阻絲鉑電阻絲 銀引出線銀引出線骨架骨架鉑熱電阻鉑熱電阻P Pt100t100分度表分度表 （二）銅電阻（二）銅電阻 由于鉑是貴重金屬由于鉑是貴重金屬, 在一些測量精度要求不高且溫度在一些測量精度要求不高且溫度較低的場合較低的場合, 可采用銅熱電阻測溫可采用銅熱電阻測溫, 測量范圍測量范圍-50+150。 銅熱電阻在測量范圍內(nèi)電阻值與溫度的關(guān)系銅熱電阻在測量范圍內(nèi)電阻值與

22、溫度的關(guān)系: 為銅熱電阻的電阻溫度系數(shù)，銅熱電組的有兩種分為銅熱電阻的電阻溫度系數(shù)，銅熱電組的有兩種分度號度號 Cu50(R0=50)和和Cu100（R100=100）。）。 tRRt10銅電阻絲銅電阻絲 骨架骨架銅引出線銅引出線 銅熱電阻線性好銅熱電阻線性好, ,測溫范圍小，測溫范圍小， 價格便宜價格便宜, , 易氧化易氧化, , 不適宜在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。不適宜在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。 鉑熱電阻線性好，測溫范圍較大，價格昂貴，不宜氧鉑熱電阻線性好，測溫范圍較大，價格昂貴，不宜氧化，在腐蝕性介質(zhì)或較高溫度下可以工作?；?，在腐蝕性介質(zhì)或較高溫度下可以工作。熱電阻的外形結(jié)構(gòu)熱電阻的外形結(jié)

23、構(gòu) 接線盒接線盒 熱電阻熱電阻固定螺紋固定螺紋 引線方式有兩線制、引線方式有兩線制、 三線制和四線制三線制和四線制, , 二線制引線電阻對二線制引線電阻對測量影響大測量影響大, , 精度低。三線制可以減小連接導(dǎo)線電阻因溫度變精度低。三線制可以減小連接導(dǎo)線電阻因溫度變化所引起的測量誤差。化所引起的測量誤差。 四線制可以完全消除誤差。四線制可以完全消除誤差。二、熱敏電阻二、熱敏電阻珠狀珠狀柱狀柱狀片狀片狀)11(00TTBteRR 熱敏電阻的熱敏電阻的阻值與溫阻值與溫度度之間關(guān)系：之間關(guān)系： R R0 0為溫度為為溫度為T T0 0時的電時的電阻，阻，R Rt t為溫度為為溫度為T T時的電時的電

24、阻。阻。 熱敏電阻優(yōu)點：熱敏電阻優(yōu)點： 電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，熱電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，熱慣性小，反應(yīng)速度快，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，慣性小，反應(yīng)速度快，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，壽命長，易于遠(yuǎn)距離測量。壽命長，易于遠(yuǎn)距離測量。 熱敏電阻缺點：熱敏電阻缺點：電阻隨溫度變化曲線為非線性，且電阻隨溫度變化曲線為非線性，且同一型號電阻的產(chǎn)品特性參數(shù)有較大差別，難于互相代同一型號電阻的產(chǎn)品特性參數(shù)有較大差別，難于互相代換。換。二、熱電阻式傳感器的應(yīng)用二、熱電阻式傳感器的應(yīng)用 （一）（一）工工業(yè)業(yè)溫溫度度計計1 12 23 34 4tRUU引線電阻相等引線電阻相等鉑電阻鉑電阻或銅電阻或銅電阻

25、（二）工業(yè)（二）工業(yè)流量流量計計3 34 4不流動環(huán)境不流動環(huán)境 當(dāng)液體流動時，鉑電阻當(dāng)液體流動時，鉑電阻4 4溫度隨流速變化，鉑電阻溫度隨流速變化，鉑電阻3 3溫溫度不隨流速變化，流體速度將引起電橋的不平衡輸出。度不隨流速變化，流體速度將引起電橋的不平衡輸出。鉑電阻鉑電阻流動環(huán)境流動環(huán)境鉑電阻鉑電阻當(dāng)液體不流動時，兩個當(dāng)液體不流動時，兩個鉑電阻等溫，電橋平衡鉑電阻等溫，電橋平衡（三）（三）熱熱敏敏電電阻阻點點溫溫計計S1S1：工作方式：工作方式 0 0 關(guān)機(jī)關(guān)機(jī) 1 1 校表校表 2 2 測溫測溫S2S2：換量程：換量程 （四）熱敏電阻熱保護(hù)（四）熱敏電阻熱保護(hù) 電機(jī)繞組過熱，熱敏電阻阻值增

26、大，達(dá)到保護(hù)程電機(jī)繞組過熱，熱敏電阻阻值增大，達(dá)到保護(hù)程度，保護(hù)電路動作，驅(qū)動繼電器動作切斷電源。度，保護(hù)電路動作，驅(qū)動繼電器動作切斷電源。保護(hù)電路保護(hù)電路繼電器繼電器熱敏電阻熱敏電阻電動機(jī)電動機(jī)（五）（五）熱熱敏敏電電阻阻液液位位傳傳感感器器常溫電阻常溫電阻冷冷電電阻阻總電流總電流液面高低液面高低影響影響輸出電流輸出電流（六）熱敏電阻濕度傳感器（六）熱敏電阻濕度傳感器感濕熱敏電阻感濕熱敏電阻感測介質(zhì)濕度、溫度感測介質(zhì)濕度、溫度密封熱敏電阻密封熱敏電阻處于被測溫度處于被測溫度不能感測濕度不能感測濕度濕濕度度引引起起輸輸出出調(diào)零放大電路調(diào)零放大電路 一、氣敏電阻的工作原理一、氣敏電阻的工作原理

27、氣敏電阻的材料是金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏電阻的材料是金屬氧化物半導(dǎo)體, , 當(dāng)被氣體吸附當(dāng)被氣體吸附時這些材料的電阻率會發(fā)生變化，利用這個原理可以制成時這些材料的電阻率會發(fā)生變化，利用這個原理可以制成氣敏元件和氣敏傳感器氣敏元件和氣敏傳感器-通過電阻率變化監(jiān)視氣體濃度。通過電阻率變化監(jiān)視氣體濃度。 主要用于工業(yè)上天然氣、煤氣、石油化工等部門的易主要用于工業(yè)上天然氣、煤氣、石油化工等部門的易燃、易爆、有毒、有害氣體的監(jiān)測、預(yù)報和自動控制。燃、易爆、有毒、有害氣體的監(jiān)測、預(yù)報和自動控制。 金屬氧化物半導(dǎo)體分金屬氧化物半導(dǎo)體分N N型半導(dǎo)體（氧化錫、氧化鐵、氧型半導(dǎo)體（氧化錫、氧化鐵、氧化鋅、氧化鎢等）

28、和化鋅、氧化鎢等）和P P型半導(dǎo)體（氧化鈷、型半導(dǎo)體（氧化鈷、 氧化鉛、氧化氧化鉛、氧化銅、氧化鎳等）銅、氧化鎳等） 第四節(jié)第四節(jié) 氣敏電阻氣敏電阻 氣敏電阻的檢測氣敏電阻的檢測靈敏度受溫度影響很靈敏度受溫度影響很大，在常溫下輸出信大，在常溫下輸出信號微弱，升溫后電導(dǎo)號微弱，升溫后電導(dǎo)率變化明顯。率變化明顯。 提高對某些氣體成分的選擇性和靈敏度的方法：（提高對某些氣體成分的選擇性和靈敏度的方法：（1 1）滲入微）滲入微量的鉑、銀、金等元素；（量的鉑、銀、金等元素；（2 2）使用金屬鹽類催化劑。）使用金屬鹽類催化劑。低低溫溫高高溫溫低溫低溫高溫高溫加熱電路加熱電路測測量量電電路路氣氣敏敏元元件件

29、注意：氣敏元件要加溫使用！注意：氣敏元件要加溫使用！ （一）氧化錫系氣敏電阻（一）氧化錫系氣敏電阻 該器件的電導(dǎo)率隨器件本身溫度的升高而增加該器件的電導(dǎo)率隨器件本身溫度的升高而增加, , 在在100300100300范圍內(nèi)電導(dǎo)率變化很大。范圍內(nèi)電導(dǎo)率變化很大。二、常用氣敏電阻二、常用氣敏電阻SnOSnO2 2加熱絲兼加熱絲兼電極電極2 2加熱絲兼加熱絲兼電極電極1 1SnOSnO2 2加熱絲加熱絲引線引線2 2引線引線1 1電極電極1 1電極電極2 2SnOSnO2 2薄膜薄膜電極電極1 1電極電極2 2加熱加熱1 1加熱加熱2 2網(wǎng)罩網(wǎng)罩電極電極1 1電極電極SnOSnO2 2加熱加熱陶瓷座

30、陶瓷座電線引腳電線引腳整體結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)（二）氧化鋅系氣敏電阻（二）氧化鋅系氣敏電阻圓形絕緣基板圓形絕緣基板ZnOZnO涂層涂層電極電極加熱絲加熱絲催化劑催化劑隔膜隔膜（三）氧化鐵系氣敏電阻（三）氧化鐵系氣敏電阻r-Fer-Fe2 20 03 3加熱絲加熱絲r-Fer-Fe2 20 03 3雙層網(wǎng)罩雙層網(wǎng)罩加熱加熱電極電極加熱加熱電極電極氣敏元件氣敏元件電極電極三、氣敏電阻的應(yīng)用三、氣敏電阻的應(yīng)用（一）氣敏電阻檢漏報警器（一）氣敏電阻檢漏報警器預(yù)熱預(yù)熱開關(guān)開關(guān)工作工作開關(guān)開關(guān)氣敏電阻氣敏輸出電壓氣敏輸出電壓 檢出可燃?xì)怏w時，氣敏檢出可燃?xì)怏w時，氣敏電阻減小，電壓增大，電阻減小，電壓增大，V1V1觸觸發(fā)發(fā)V2V2，報警燈亮，音頻振蕩，報警燈亮，音頻振蕩電路也自激振蕩聲音報警。電路也自激振蕩聲音報警。（二）礦燈瓦斯報警器（二）礦燈瓦斯報警器加加熱熱支支路路測量支路測量支路礦礦燈燈控控制制支支路路 檢出瓦斯氣體時，氣敏電阻減小，檢出瓦斯氣體時，氣敏電阻減小，V1V1、V2V2導(dǎo)通，導(dǎo)通，V3V3、V4V4振蕩，報警燈閃爍。振蕩，報警燈閃爍。