《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》胡向東第4章熱電式傳感器

1、第第4 4章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 溫度是表征物體冷熱程度的物理量。它反溫度是表征物體冷熱程度的物理量。它反映物體內(nèi)部各分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的大小。映物體內(nèi)部各分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的大小。 溫度可以利用物體的某些物理性質(zhì)（電阻、溫度可以利用物體的某些物理性質(zhì)（電阻、電勢(shì)、等）隨著溫度變化的特征進(jìn)行測(cè)量。電勢(shì)、等）隨著溫度變化的特征進(jìn)行測(cè)量。 測(cè)量方法按作用原理分接觸式和非接觸式。測(cè)量方法按作用原理分接觸式和非接觸式。接觸式傳感器接觸溫度場(chǎng)，二者進(jìn)行熱交換。接觸式傳感器接觸溫度場(chǎng)，二者進(jìn)行熱交換。（熱電偶、熱電阻溫度傳感器）。（熱電偶、熱電阻溫度傳感器）。 測(cè)溫范圍在測(cè)溫范圍在-2501800度，

2、適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)度，適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)測(cè)量。測(cè)量。 非接觸式測(cè)溫方法是應(yīng)用物體的熱輻射能量隨非接觸式測(cè)溫方法是應(yīng)用物體的熱輻射能量隨溫度的變化而變化的原理。物體輻射能量的大小與溫度的變化而變化的原理。物體輻射能量的大小與溫度有關(guān)溫度有關(guān), 當(dāng)選擇合適的接收檢測(cè)裝置時(shí)當(dāng)選擇合適的接收檢測(cè)裝置時(shí), 便可測(cè)得便可測(cè)得被測(cè)對(duì)象發(fā)出的熱輻射能量并且轉(zhuǎn)換成可測(cè)量和顯被測(cè)對(duì)象發(fā)出的熱輻射能量并且轉(zhuǎn)換成可測(cè)量和顯示的各種信號(hào)示的各種信號(hào), 實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。這類測(cè)溫方法的實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。這類測(cè)溫方法的溫度傳感器主要有光電高溫傳感器、紅外輻射溫度溫度傳感器主要有光電高溫傳感器、紅外輻射溫度傳感器、光纖高溫傳感器等。

3、測(cè)量范圍傳感器、光纖高溫傳感器等。測(cè)量范圍6006000度。度。4.1 4.1 熱電偶傳感器熱電偶傳感器一一. .熱電偶的測(cè)溫原理熱電偶的測(cè)溫原理1.1.接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)BAABNNekTTEln)(BAABNNTTeKTTEln)(),(002.2.溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)dtdttNdNekTTETTAAA0)(1),(0dtdttNdNekTTETTAAB0)(1),(0回路總的電勢(shì)為回路總的電勢(shì)為ABABABEETTETTP),(),(00BAABABNNTTeKTTETTPln)(),(),(000由于溫差電勢(shì)很小，可略去。因此回路由于溫差電勢(shì)很小，可略去。因此回路的電勢(shì)為的電勢(shì)為: : 熱

4、電偶回路的幾點(diǎn)結(jié)論熱電偶回路的幾點(diǎn)結(jié)論： 如果構(gòu)成熱電偶的兩個(gè)熱電極為材料相同的均質(zhì)導(dǎo)體，如果構(gòu)成熱電偶的兩個(gè)熱電極為材料相同的均質(zhì)導(dǎo)體，則無論兩結(jié)點(diǎn)溫度如何，熱電偶回路內(nèi)的總熱電勢(shì)為零。則無論兩結(jié)點(diǎn)溫度如何，熱電偶回路內(nèi)的總熱電勢(shì)為零。必須采用兩種不同的材料作為熱電極。必須采用兩種不同的材料作為熱電極。 如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相等，熱電偶回路內(nèi)的總電如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相等，熱電偶回路內(nèi)的總電勢(shì)亦為零。勢(shì)亦為零。 熱電偶熱電偶AB的熱電勢(shì)與的熱電勢(shì)與A、B材料的中間溫度無關(guān)，只材料的中間溫度無關(guān)，只與結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。與結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。二二. 熱電偶基本定律熱電偶基本定律 1. 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體

5、定律 利用熱電偶進(jìn)行測(cè)溫利用熱電偶進(jìn)行測(cè)溫, 必須在回路中引入連接導(dǎo)線和儀表必須在回路中引入連接導(dǎo)線和儀表, 接入導(dǎo)線和儀表后會(huì)不會(huì)影響回路中的熱電勢(shì)呢？中間導(dǎo)體定接入導(dǎo)線和儀表后會(huì)不會(huì)影響回路中的熱電勢(shì)呢？中間導(dǎo)體定律說明律說明, 在熱電偶測(cè)溫回路內(nèi)在熱電偶測(cè)溫回路內(nèi), 接入第接入第三種導(dǎo)體三種導(dǎo)體, 只要其兩端溫只要其兩端溫度相同度相同, 則對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒有影響。則對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒有影響。 接入第三種導(dǎo)體回路如圖接入第三種導(dǎo)體回路如圖 所示。所示。 由于溫差電勢(shì)可忽由于溫差電勢(shì)可忽略不計(jì)略不計(jì), 則回路中的總熱則回路中的總熱電勢(shì)等于各接點(diǎn)的接觸電電勢(shì)等于各接點(diǎn)的接觸電勢(shì)之和。勢(shì)之和。

6、 即即EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0) （1） 當(dāng)T= T0 時(shí), 有 EABC(T0)=eAB(T0 )+eBC(T0)+eCA(T0) =0 由此得eAB(T0 )eBC(T0)eCA(T0) =0代入（1）式(T, T0)=eAB(T)-eAB(T0)=eAB(T, T0) 同理, 加入第四、第五種導(dǎo)體后, 只要加入的導(dǎo)體兩端溫度相等, 同樣不影響回路中的總熱電勢(shì)。 2.參考電極定律參考電極定律當(dāng)結(jié)點(diǎn)溫度為T, T0時(shí)，用導(dǎo)體A，B組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。000( ,)( ,)( ,)ABACCBET TET

7、TET T 參考電極的實(shí)用價(jià)值在于：它可大大簡(jiǎn)化熱電偶的選配工作。實(shí)際測(cè)溫中，只要獲得有關(guān)熱電極與參考電極配對(duì)時(shí)的熱電勢(shì)值，那么任何兩種熱電極配對(duì)時(shí)的熱電勢(shì)均可按公式而無需再逐個(gè)去測(cè)定。 用作參考電極(標(biāo)準(zhǔn)電極)的材料，目前主要為純鉑絲材，因?yàn)殂K的熔點(diǎn)高，易提純，且在高溫與常溫時(shí)的物理、化學(xué)性能都比較穩(wěn)定。3.3.中間溫度定律中間溫度定律 在熱電偶回路中在熱電偶回路中, ,兩接點(diǎn)溫度為兩接點(diǎn)溫度為T,T0T,T0時(shí)的熱電勢(shì)時(shí)的熱電勢(shì), ,等于該等于該熱電偶在接點(diǎn)熱電偶在接點(diǎn)T,TaT,Ta和和TaTa和和T0T0時(shí)的熱電勢(shì)。時(shí)的熱電勢(shì)。 根據(jù)這一定律，只要給出自由端根據(jù)這一定律，只要給出自由端

8、00時(shí)的熱電勢(shì)和溫度時(shí)的熱電勢(shì)和溫度關(guān)系，就可求出冷端為任意溫度關(guān)系，就可求出冷端為任意溫度T0T0的熱電偶電動(dòng)勢(shì)。它的熱電偶電動(dòng)勢(shì)。它是制定熱電偶分度表的理論基礎(chǔ)。在實(shí)際熱電偶測(cè)溫回是制定熱電偶分度表的理論基礎(chǔ)。在實(shí)際熱電偶測(cè)溫回路中路中, ,利用熱電偶這一性質(zhì)利用熱電偶這一性質(zhì), ,可對(duì)參考端溫度不為可對(duì)參考端溫度不為00的的熱電勢(shì)進(jìn)行修正。熱電勢(shì)進(jìn)行修正。 )(),(),(00TTETTETTEaABaABAB 三、常用熱電偶三、常用熱電偶 理論上講理論上講, , 任何兩種不同材料的導(dǎo)體都可以組成熱電偶任何兩種不同材料的導(dǎo)體都可以組成熱電偶, , 但為了準(zhǔn)確可靠地測(cè)量溫度但為了準(zhǔn)確可靠地

9、測(cè)量溫度, , 對(duì)組成熱電偶的材料必須經(jīng)過嚴(yán)對(duì)組成熱電偶的材料必須經(jīng)過嚴(yán)格的選擇。工程上用于熱電偶的材料應(yīng)滿足以下條件格的選擇。工程上用于熱電偶的材料應(yīng)滿足以下條件: : 熱電勢(shì)熱電勢(shì)變化盡量大變化盡量大, , 熱電勢(shì)與溫度關(guān)系盡量接近線性關(guān)系熱電勢(shì)與溫度關(guān)系盡量接近線性關(guān)系, , 物理、物理、 化學(xué)性能穩(wěn)定化學(xué)性能穩(wěn)定, , 易加工易加工, , 復(fù)現(xiàn)性好復(fù)現(xiàn)性好, , 便于成批生產(chǎn)便于成批生產(chǎn), , 有良好的有良好的互換性?；Q性。 實(shí)際上并非所有材料都能滿足上述要求。實(shí)際上并非所有材料都能滿足上述要求。 目前在國(guó)際上目前在國(guó)際上被公認(rèn)比較好的熱電材料只有幾種。國(guó)際電工委員會(huì)（被公認(rèn)比較好的

10、熱電材料只有幾種。國(guó)際電工委員會(huì)（IECIEC）向世界各國(guó)推薦向世界各國(guó)推薦8 8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶, , 所謂標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶所謂標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶, , 它已它已列入工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化文件中列入工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化文件中, , 具有統(tǒng)一的分度表。具有統(tǒng)一的分度表。 我國(guó)從我國(guó)從19881988年年開始采用開始采用IECIEC標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)熱電偶。表標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)熱電偶。表11-11-1 1 為我國(guó)采用的幾種熱電為我國(guó)采用的幾種熱電偶的主要性能和特點(diǎn)。偶的主要性能和特點(diǎn)。 1.1.鎳鉻鎳鉻- -考銅考銅(E(E型型) )2.2.鎳鉻鎳鉻- -鎳鋁鎳鋁(K(K型型) )3.3.鉑銠鉑銠3030- -鉑銠鉑銠6 6（B B型

11、）型）4.4.鉑銠鉑銠1010- -鉑鉑(S(S型）型）目前工業(yè)上常用的有四種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶目前工業(yè)上常用的有四種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶四、四、 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式熱電偶的結(jié)構(gòu)形式 為了適應(yīng)不同生產(chǎn)對(duì)象的測(cè)溫要求和條件為了適應(yīng)不同生產(chǎn)對(duì)象的測(cè)溫要求和條件, , 熱電偶熱電偶的結(jié)構(gòu)形式有普通型熱電偶、鎧裝型熱電偶和薄膜熱電的結(jié)構(gòu)形式有普通型熱電偶、鎧裝型熱電偶和薄膜熱電偶等。偶等。 1.普通型熱電偶普通型熱電偶 普通型結(jié)構(gòu)熱電偶工業(yè)上使用最多普通型結(jié)構(gòu)熱電偶工業(yè)上使用最多, , 它一般由熱電極、絕緣套管、保護(hù)管和接線盒組成它一般由熱電極、絕緣套管、保護(hù)管和接線盒組成2.鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶 鎧裝熱電偶又稱套管

12、熱電偶。它是由鎧裝熱電偶又稱套管熱電偶。它是由熱電偶絲、熱電偶絲、 絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工而絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體成的堅(jiān)實(shí)組合體, , 它可以做得很細(xì)很長(zhǎng)它可以做得很細(xì)很長(zhǎng), , 使用中隨使用中隨需要能任意彎曲。鎧裝熱電偶的主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫端需要能任意彎曲。鎧裝熱電偶的主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫端熱容量小熱容量小, , 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快動(dòng)態(tài)響應(yīng)快, , 機(jī)械強(qiáng)度高機(jī)械強(qiáng)度高, , 撓性好撓性好, , 可可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上, , 因此被廣泛用在許多工因此被廣泛用在許多工業(yè)部門中。業(yè)部門中。3.3.薄膜熱電偶薄膜熱電偶 薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極材料薄

13、膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極材料, , 用真空用真空蒸鍍、蒸鍍、 化學(xué)凃?qū)拥绒k法蒸鍍到絕緣基板上面制成化學(xué)凃?qū)拥绒k法蒸鍍到絕緣基板上面制成的一種特殊熱電偶的一種特殊熱電偶, , 薄膜熱電偶的熱接點(diǎn)可以做得薄膜熱電偶的熱接點(diǎn)可以做得很?。杀〉胶苄。杀〉?.010.1m0.010.1m）, , 具有熱容量小具有熱容量小, , 反反應(yīng)速度快等的特點(diǎn)應(yīng)速度快等的特點(diǎn), , 熱相應(yīng)時(shí)間達(dá)到微秒級(jí)熱相應(yīng)時(shí)間達(dá)到微秒級(jí), , 適用適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動(dòng)態(tài)溫度于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量測(cè)量。 五五.熱電偶溫度補(bǔ)償方法熱電偶溫度補(bǔ)償方法 從熱電偶測(cè)溫基本公式可以看到從

14、熱電偶測(cè)溫基本公式可以看到, , 對(duì)某一種熱電偶來說熱電對(duì)某一種熱電偶來說熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)只與工作端溫度偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)只與工作端溫度t t和自由端溫度和自由端溫度t0t0有關(guān)有關(guān), , 即即: : EAB(t, t0)=e AB(t)-eAB(t0) 熱電偶的分度表是以熱電偶的分度表是以t t0 0=0=0作為基準(zhǔn)進(jìn)行分度的作為基準(zhǔn)進(jìn)行分度的, , 而在實(shí)際而在實(shí)際使用過程中使用過程中, , 參考端溫度往往不為參考端溫度往往不為0, 0, 那么工作端溫度為那么工作端溫度為t t時(shí)時(shí), , 分度表所對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)分度表所對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)E EABAB (t, 0) (t, 0)與熱電偶實(shí)際產(chǎn)生的熱電

15、勢(shì)與熱電偶實(shí)際產(chǎn)生的熱電勢(shì)E EABAB(t, t(t, t0 0) )之間的關(guān)系可根據(jù)中間溫度定律得到下式之間的關(guān)系可根據(jù)中間溫度定律得到下式 EAB(t, 0)= EAB(t, t0)+ EAB(t0, 0) 由此可見由此可見, , E EABAB(t, 0)(t, 0) 是參考端溫度是參考端溫度t0t0的函數(shù)的函數(shù), , 因此需要對(duì)因此需要對(duì)熱電偶參考端溫度進(jìn)行處理。熱電偶參考端溫度進(jìn)行處理。1.1.補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線法在實(shí)際測(cè)溫時(shí)在實(shí)際測(cè)溫時(shí), 需要把熱電偶輸出的電勢(shì)信號(hào)傳需要把熱電偶輸出的電勢(shì)信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)數(shù)十米的控制室里的顯示儀表或控輸?shù)竭h(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)數(shù)十米的控制室里的顯示儀表或控制

16、儀表制儀表, 這樣參考端溫度這樣參考端溫度t0也比較穩(wěn)定。熱電偶也比較穩(wěn)定。熱電偶一般做得較短一般做得較短 需要用導(dǎo)線將熱電偶的冷端延伸需要用導(dǎo)線將熱電偶的冷端延伸出來。工程中采用一種補(bǔ)償導(dǎo)線出來。工程中采用一種補(bǔ)償導(dǎo)線, 它通常由兩種它通常由兩種不同性質(zhì)的廉價(jià)金屬導(dǎo)線制成不同性質(zhì)的廉價(jià)金屬導(dǎo)線制成, 而且在而且在0100溫溫度范圍內(nèi)度范圍內(nèi), 要求補(bǔ)償導(dǎo)線和所配熱電偶具有相同要求補(bǔ)償導(dǎo)線和所配熱電偶具有相同的熱電特性。的熱電特性。 2. 冷端溫度修正法冷端溫度修正法可得熱電偶熱電勢(shì)的計(jì)算公式：可得熱電偶熱電勢(shì)的計(jì)算公式： E(t,0)=E(t,tE(t,0)=E(t,t0 0 )+E(t)+

17、E(t0 0 ,0) ,0)E(t,0)E(t,0)表示冷端為零度，熱端為表示冷端為零度，熱端為t t時(shí)的熱電勢(shì)時(shí)的熱電勢(shì)E(t,tE(t,t0 0 ) )表示冷端為表示冷端為t t0 0，熱端為，熱端為t t時(shí)的熱電勢(shì)時(shí)的熱電勢(shì), ,實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值E(tE(t0 0 ,0) ,0)表示冷端為零度，熱端為表示冷端為零度，熱端為t t0 0時(shí)的熱電勢(shì)時(shí)的熱電勢(shì)采用補(bǔ)償導(dǎo)線可使熱電偶的參考端延伸到溫度比較穩(wěn)定的地方采用補(bǔ)償導(dǎo)線可使熱電偶的參考端延伸到溫度比較穩(wěn)定的地方, , 但只要參考端溫度不等于但只要參考端溫度不等于0, 0, 需要對(duì)熱電偶回路的電勢(shì)值加需要對(duì)熱電偶回路的電勢(shì)值加以修正以修正, ,

18、 修正值為修正值為EAB(t0,0)EAB(t0,0)。 經(jīng)修正后的實(shí)際熱電勢(shì)經(jīng)修正后的實(shí)際熱電勢(shì), , 可由可由分度表中查出被測(cè)實(shí)際溫度值分度表中查出被測(cè)實(shí)際溫度值3.電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法 補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓作為補(bǔ)償信號(hào)壓作為補(bǔ)償信號(hào), , 來自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶測(cè)量過程來自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶測(cè)量過程中因參考端溫度不為中因參考端溫度不為00或變化而引起熱電勢(shì)或變化而引起熱電勢(shì)的變化值。的變化值。 不平衡電橋由三個(gè)電阻溫度系數(shù)較小的錳銅絲繞制的電阻R1、 R2 、R3、電阻溫度系數(shù)較大的銅絲繞制的電阻RCU 和穩(wěn)壓電源組成。補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋

19、法補(bǔ)償原理：將帶有銅熱電阻的補(bǔ)償電橋與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕即?lián)，銅與熱電偶的冷端置于同一溫度場(chǎng)。室溫時(shí)，電橋輸出為零，當(dāng)冷端溫度變化時(shí)，銅電阻阻值變化造成電橋不平衡輸出。此不平衡輸出電壓對(duì)熱電偶輸出變化有抵消作用。 4.冰浴法冰浴法 六六 熱電偶測(cè)溫線路熱電偶測(cè)溫線路 熱電偶測(cè)溫時(shí), 它可以直接與顯示儀表（如電子電位差計(jì)、 數(shù)字表等）配套使用, 也可與溫度變送器配套, 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào), 下圖 為典型的熱電偶測(cè)溫線路。 如用一臺(tái)顯示儀表顯示多點(diǎn)溫度時(shí), 可按下圖 連接, 這樣可節(jié)約顯示儀表和補(bǔ)償導(dǎo)線。 特殊情況下, 熱電偶可以串聯(lián)或并聯(lián)使用, 但只能是同一分度號(hào)的熱電偶, 且參考端應(yīng)在同一溫度下。

20、如熱電偶正向串聯(lián), 可獲得較大的熱電勢(shì)輸出和提高靈敏度。在測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫差時(shí), 可采用熱電偶反向串聯(lián)。利用熱電偶并聯(lián)可以測(cè)量平均溫度。（1）、單點(diǎn)溫度測(cè)量（2）、測(cè)量?jī)牲c(diǎn)的溫度差用兩只相同型號(hào)的熱電偶，配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，反向串聯(lián)。產(chǎn)生熱電勢(shì)為ET=EAB（T1，T0）EAB（T2，T0）顯示儀表CBADBAT2T1T0T0C（3）、測(cè)量平均溫度用幾只型號(hào)特性相同的熱電偶并聯(lián)在一起。儀表R1E1R2R3E2E3T2T1T3T0ET)(31321EEEET 例 用鎳鉻一鎳硅熱電偶測(cè)爐溫時(shí)，其冷端溫度to30 ，在直流電位差計(jì)上測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)EAB(t,30)=38500mV，求爐溫為多少?鎳鉻一鎳硅熱

21、電偶分度表（自由端溫度為0 ）解：查鎳鉻一鎳硅熱電偶K分度表得：(30,0)1.203ABEmV根據(jù)中間溫度定律得：( ,0)( ,30)(30,0)ABABABEtEtE38.500 1.20339.703mV查鎳鉻一鎳硅熱電偶K分度表得：960t 4.24.2 熱電阻傳感器 一、概述一、概述 熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。 1. 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 測(cè)量精度高；測(cè)量精度高； 有較大的測(cè)量范圍；有較大的測(cè)量范圍；200600 易于使用在自動(dòng)測(cè)量和遠(yuǎn)距離測(cè)量中易于使用在自動(dòng)測(cè)量和遠(yuǎn)距離測(cè)

22、量中2. 分類分類熱電阻傳感器分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻熱電阻傳感器分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻 兩兩大類大類, 一般把金屬熱電阻稱為熱電阻一般把金屬熱電阻稱為熱電阻, 而把半導(dǎo)體而把半導(dǎo)體熱電阻稱為熱敏電阻。熱電阻稱為熱敏電阻。3. 常用熱電阻常用熱電阻用于制造熱電阻的材料應(yīng)具有盡可能大和穩(wěn)定用于制造熱電阻的材料應(yīng)具有盡可能大和穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)和電阻率的電阻溫度系數(shù)和電阻率, R-t 關(guān)系最好成線性關(guān)系最好成線性, 物理化學(xué)性能穩(wěn)定物理化學(xué)性能穩(wěn)定, 復(fù)現(xiàn)性好等。目前最常用的復(fù)現(xiàn)性好等。目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。4. 4.熱電阻的結(jié)構(gòu)構(gòu)熱電阻的結(jié)

23、構(gòu)構(gòu)測(cè)溫范圍：測(cè)溫范圍：-200850-200850 電阻與溫度的關(guān)系：電阻與溫度的關(guān)系： 在在-200 0 -200 0 范圍范圍 在在0 0850850范圍范圍 式中，式中，RtRt溫度為溫度為t t時(shí)的阻值時(shí)的阻值 R0R0溫度為溫度為0 0度時(shí)的阻值度時(shí)的阻值 A A常數(shù)常數(shù) ， B B常數(shù)常數(shù) ， C C常數(shù)，常數(shù)， 320)100(1 tCtCBtAtRRt)1 (20BtAtRRt1-3 103.90802C-27C 10802. 5-412C 1027350. 4二、鉑電阻二、鉑電阻 Pt 熱電阻在溫度熱電阻在溫度t時(shí)的電阻值與時(shí)的電阻值與R0 有關(guān)。目前我國(guó)有關(guān)。目前我國(guó)規(guī)定

24、工業(yè)用鉑熱電阻有規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=50和和R0=100兩種兩種, 它們的分度號(hào)分別為它們的分度號(hào)分別為Pt10和和Pt100, 其中以其中以Pt100為常用。為常用。鉑熱電阻不同分度號(hào)亦有相應(yīng)分度表鉑熱電阻不同分度號(hào)亦有相應(yīng)分度表, 即即Rt-t 的關(guān)的關(guān)系表系表, 這樣在實(shí)際測(cè)量中這樣在實(shí)際測(cè)量中, 只要測(cè)得熱電阻的阻值只要測(cè)得熱電阻的阻值Rt, 便可從分度表上查出對(duì)應(yīng)的溫度值。便可從分度表上查出對(duì)應(yīng)的溫度值。參看表參看表4.3-4.4(P135)由于鉑是貴重金屬由于鉑是貴重金屬, , 因此因此, , 在一些測(cè)量精度要求不高且溫度在一些測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合較低的場(chǎng)合, ,

25、 可采用銅熱電阻進(jìn)行測(cè)溫可采用銅熱電阻進(jìn)行測(cè)溫, , 它的測(cè)量范圍為它的測(cè)量范圍為 50 50 150150。 銅熱電阻在測(cè)量范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的銅熱電阻在測(cè)量范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的, , 可近似地表示為可近似地表示為: : R Rt t=R=R0 0（1+t1+t） 式中：式中： 為銅熱電阻的電阻溫度系數(shù)為銅熱電阻的電阻溫度系數(shù), , 取取=4.28=4.2810-3/10-3/。 銅熱電組的兩種分度號(hào)為：銅熱電組的兩種分度號(hào)為： CuCu5050(R(R0 0=50)=50)和和CuCu100 100 （R100=100）。）。 三、銅熱電阻三、銅熱電阻銅

26、熱電阻線性好銅熱電阻線性好, , 價(jià)格便宜價(jià)格便宜, , 但它易氧化但它易氧化, , 不適宜在腐蝕不適宜在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。性介質(zhì)或高溫下工作。 四、熱電阻傳感器應(yīng)用四、熱電阻傳感器應(yīng)用內(nèi)部引線方式有兩線制、內(nèi)部引線方式有兩線制、 三線制和四線制三種。三線制和四線制三種。 二二線制中引線電阻對(duì)測(cè)量影響大線制中引線電阻對(duì)測(cè)量影響大, 用于測(cè)溫精度不高場(chǎng)用于測(cè)溫精度不高場(chǎng)合。三線制可以減小熱電阻與測(cè)量?jī)x表之間連接導(dǎo)合。三線制可以減小熱電阻與測(cè)量?jī)x表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測(cè)量誤差。線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測(cè)量誤差。四線四線制可以完全消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響制可以完全消除

27、引線電阻對(duì)測(cè)量的影響, 用于高精度用于高精度溫度檢測(cè)。工業(yè)用鉑電阻測(cè)溫采用三線制或四線制。溫度檢測(cè)。工業(yè)用鉑電阻測(cè)溫采用三線制或四線制。A、三線制測(cè)溫消除導(dǎo)線產(chǎn)生誤差原理、三線制測(cè)溫消除導(dǎo)線產(chǎn)生誤差原理相臨兩橋臂增加同一阻值的電阻，對(duì)電橋的平衡無影響。相臨兩橋臂增加同一阻值的電阻，對(duì)電橋的平衡無影響。0RRRRt設(shè)計(jì)使ERRRErRRrRRRRRErRRrRrRRrRUttttt000000)()(B、四線制測(cè)溫)1 (0110tIRRRIRRRUftf運(yùn)放采用斬波放大器ICL7650差動(dòng)放大器。恒流源供電。4.34.3 半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器一、熱敏電阻的特點(diǎn)電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單電阻率高，熱慣性小阻值與溫度變化呈非線性穩(wěn)定性和互換性較差二、熱敏電阻