第八章 熱電式傳感器

1、第八章 熱電式傳感器1.熱電偶傳感器2.熱電阻式溫度傳感器3.熱敏電阻傳感器溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。l溫度是與人類生活息息相關(guān)的物理量。l在2000多年前，就開始為檢測溫度進(jìn)行了各種努力，并開始使用溫度傳感器檢測溫度。l人類社會(huì)中，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國防、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等部門都與溫度有著密切的關(guān)系。l工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程,溫度測量點(diǎn)要占全部測量點(diǎn)的一半左右。引 言 溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛最廣泛、發(fā)展最快最快的傳感器之一。從感受溫度的途徑來劃分：溫度傳感器可分為接觸式和非接觸式。 接觸式溫

2、度傳感器的特點(diǎn)：傳感器直接與被測物體接觸進(jìn)行溫度測量，由于被測物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測物體溫度，特別是被測物體熱容量較小時(shí)，測量精度較低。因此采用這種方式要測得物體的真實(shí)溫度的前提條件是被測物體的熱容量要足夠大。 非接觸式溫度傳感器：主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物體的溫度，可進(jìn)行遙測。其制造成本較高，測量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測物體上吸收熱量；不會(huì)干擾被測對(duì)象的溫度場；連續(xù)測量不會(huì)產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。1. 熱電偶 溫差熱電偶(簡稱熱電偶)是目前溫度測量中使用最普遍的傳感元件之一。它除具有結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號(hào)為電信號(hào)便于遠(yuǎn)傳或信號(hào)轉(zhuǎn)換

3、等優(yōu)點(diǎn)外，還能用來測量流體的溫度、測量固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測量。熱電偶的工作原理熱電偶中引入第三導(dǎo)體(中間導(dǎo)體定律)標(biāo)準(zhǔn)熱電極(參考電極定律)常用熱電偶的特性熱電偶的測量電路 兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成如圖所示閉合回路，若導(dǎo)體A和B的連接處溫度不同(設(shè)TT0)，則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說回路中有電動(dòng)勢存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。熱電偶原理圖TT0AB8.1 熱電偶的工作原理 回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢，叫熱電勢。熱電勢由兩部分組成，即溫差電勢和接觸電勢。熱端冷端(1) 接觸電勢接觸電勢原理圖+ABTeAB(T)-BAABNNekTTeln)(

4、eAB(T)導(dǎo)體A、B結(jié)點(diǎn)在溫度T 時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢；e單位電荷， e =1.610-19C； k波爾茲曼常數(shù)， k =1.3810-23 J/K ；NA、NB 導(dǎo)體A、B在溫度為T 時(shí)的電子密度。接觸電勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。AeA(T,To)ToTeA(T，T0)導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢；T，T0高低端的絕對(duì)溫度； A湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢，例如在0時(shí)，銅的 =2V/。(2) 溫差電勢dTTTeTTAA0),(0溫差電勢原理圖 由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T、T0,如果TT0，則必存在著兩個(gè)接觸電

5、勢和兩個(gè)溫差電勢，回路總電勢：BTATNNekTln00ln0BTATNNekTdTTTBA0)(T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB(3) 回路總電勢),(),()()(),(0000TTeTTeTeTeTTEBAABABABNAT、NAT0導(dǎo)體A在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度； NBT、NBT0導(dǎo)體B在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度；A 、 B導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。dTTTBA0)(近似為0有 EAB(T, T0)= eAB(T)-eAB(T0) 通過熱電偶理論可以得到如下幾點(diǎn)結(jié)論BTATNNekTln00ln0BTATNNekTdTTTBA0)(),(

6、),()()(),(0000TTeTTeTeTeTTEBAABABAB由 D 導(dǎo)體材料確定后，熱電勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使EAB(T0)=常數(shù)，則回路熱電勢EAB(T，T0)就只與溫度T有關(guān)，而且是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測溫的原理。 C 只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同,熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時(shí)才能有熱電勢產(chǎn)生。 A 熱電偶回路熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長度、粗細(xì)無關(guān)。 B 只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)才能組合成熱電偶；相同材料不會(huì)產(chǎn)生熱電勢，因?yàn)楫?dāng)A、B兩種導(dǎo)體是同一種材料時(shí)，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。 E 如果不同的兩

7、種導(dǎo)體材料組成熱電偶回路,其接點(diǎn)溫度分別為T1、T2(如圖所示)時(shí),則其熱電勢為EAB(T1, T2)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T2、T3時(shí)，其熱電勢為EAB(T2, T3)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T1、T3時(shí)，其熱電勢為EAB(T1, T3)，則BBA T2 T1 T3 AAB EAB(T1, T3)=EAB(T1, T2)+EAB(T2, T3)例： 用K型熱電偶在冷端溫度為25時(shí)，測得熱電勢為34.36mV，求熱電偶熱端的實(shí)際溫度。 解：查K型熱電偶分度表知EAB(25,0)=1.00mV，測得EAB(T,25)=34.36mV，則 EAB(T,0)=EAB(T,25)+EAB(25,0)=35.36mV 再

8、查詢分度表知，35.36mV所對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度為851。(溫度區(qū)間內(nèi)查表按線性插值公式計(jì)算) 8.2 熱電偶中引入第三導(dǎo)體(中間導(dǎo)體定律) E總=eAB(T)+eBC(T)+eCA(T)= 0三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路TABCTT 一個(gè)由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同，則此回路各接點(diǎn)產(chǎn)生的熱電勢的代數(shù)和為零。如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則)()()(),(000TeTeTeTTECABCABABC由于在T=T0的情況下回路的總電勢為零0)()()()(0000TeTeTeTECABCABABC將上式代入第一式可得 ),()()(),(000TTE

9、TeTeTTEABABABABCTABCT0T0當(dāng)存在溫差時(shí)，有：兩點(diǎn)結(jié)論： l)將第三種材料C接入由A、B組成的熱電偶回路，如圖，則圖a中的A、C接點(diǎn)2與C、A的接點(diǎn)3，均處于相同溫度T0之中，此回路的總電勢不變，即 同理，圖b中C、A接點(diǎn)2與C、B的接點(diǎn)3，同處于溫度T0之中，此回路的電勢也為：T2T1AaBC23EABaAT023ABEABT1T2 CT0EAB(T1, T2)=eAB(T1)-eAB(T2)(a)(b)T0T0EAB(T1,T2)=eAB(T1)-eAB(T2)第三種材料接入熱電偶回路圖電位計(jì)接入熱電偶回路 根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計(jì)E，只要保證電位計(jì)與

10、連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等，就不會(huì)影響回路中原來的熱電勢，接入的方式見下圖所示。 ET0T0TET0T1T1T8.3 標(biāo)準(zhǔn)熱電極(參考電極定律) EAB(T, T0)= EAC(T, T0)+ ECB(T, T0)T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB 如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢的關(guān)系為：)()()()(),(),(0000TeTeTeTeTTETTEBCBCACACBCAC)()()()()()(000TeTeTeTeTeTeABBCACABBCAC因此)()(),(),(0

11、00TeTeTTETTEABABCBAC),(0TTEAB因?yàn)椋?對(duì)EAB(T, T0)= EAC(T, T0)+ ECB(T, T0)的證明BAABNNekTTeln)(及所以有：結(jié)論： 若幾個(gè)熱電極與一標(biāo)準(zhǔn)電極組成熱電偶產(chǎn)生的熱電勢已知時(shí)，就可以很方便地求出這些熱電極彼此任意組合時(shí)的熱電勢 。通常，用純鉑來作為熱電極 1鉑鉑銠熱電偶(S型) 分度號(hào)LB-3工業(yè)用熱電偶絲：0.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：鉑銠合金絲,用90鉑和10銠(重量比)冶煉而成。負(fù)極：鉑絲。測量溫度：長期：1300、短期：1600。特點(diǎn)：n 材料性能穩(wěn)定，測量準(zhǔn)確度較高；可做成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶 或基準(zhǔn)熱電偶。用途：實(shí)驗(yàn)室

12、或校驗(yàn)其它熱電偶。n 測量溫度較高，一般用來測量1000以上高溫。n 在高溫還原性氣體中(如氣體中含Co、H2等)易被侵 蝕，需要用保護(hù)套管。n 材料屬貴金屬，成本較高。n 熱電勢較弱。 8.4 常用熱電偶 2鎳鉻鎳硅(鎳鋁)熱電偶(K型) 分度號(hào)EU-2工業(yè)用熱電偶絲： 1.22.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可細(xì)些。正極：鎳鉻合金(用88.489.7鎳、910鉻，0.6硅，0.3錳，0.40.7鈷冶煉而成)。負(fù)極：鎳硅合金(用95.797鎳,23硅,0.40.7鈷冶煉而成)。測量溫度：長期1000，短期1300。特點(diǎn)：u 價(jià)格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。u 高溫下抗氧化能力強(qiáng)，在還原性氣體和含有SO2，

13、 H2S等氣體中易被侵蝕。u 復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢大，但精度不如WRLB。 3鎳鉻考銅熱電偶(E型) 分度號(hào)為EA-2工業(yè)用熱電偶絲:1.22mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：鎳鉻合金負(fù)極：考銅合金(用56銅，44鎳冶煉而成)。測量溫度：長期600，短期800。特點(diǎn)：l 價(jià)格比較便宜，工業(yè)上廣泛應(yīng)用。l 在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢最大。l 氣體硫化物對(duì)熱電偶有腐蝕作用?？笺~易氧化變 質(zhì)，適于在還原性或中性介質(zhì)中使用。 4鉑銠30鉑銠6熱電偶(B型) 分度號(hào)為LL-2正極：鉑銠合金(用70鉑，30銠冶煉而成)。負(fù)極：鉑銠合金(用94鉑，6銠冶煉而成)。測量溫度：長期可到1600，短期可達(dá)1800。特點(diǎn)

14、：l 材料性能穩(wěn)定，測量精度高。l 還原性氣體中易被侵蝕。l 低溫?zé)犭妱輼O小，冷端溫度在50以下可不加補(bǔ)償。l 成本高。 8.5 熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償分度表 如果冷端保持零度，則只要正確測得電動(dòng)勢，通過對(duì)應(yīng)的分度表，即可查得所測的溫度實(shí)際測量中 熱電偶的冷端溫度受環(huán)境溫度或熱源溫度的影響并不為0。所以要采用補(bǔ)償措施 常用的溫度補(bǔ)償方法有：0攝氏度恒溫法/冷端恒溫法/冷端補(bǔ)償器法/補(bǔ)償導(dǎo)線法/補(bǔ)正系數(shù)法8.5.1 0攝氏度恒溫法 把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰

15、點(diǎn)槽，使相互絕緣。mVABABTCC儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液T08.5.2 冷端恒溫法 例：用動(dòng)圈儀表配合熱電偶測溫時(shí)，如果把儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)到室溫TH的刻度上,在熱電動(dòng)勢為零時(shí)，指針指示的溫度值并不是0而是TH。而熱電偶的冷端溫度已是TH,則只有當(dāng)熱端溫度T=TH時(shí)，才能使EAB(T,TH)=0，這樣，指示值就和熱端的實(shí)際溫度一致了。這種辦法非常簡便，而且一勞永逸，只要冷端溫度總保持在TH不變，指示值就永遠(yuǎn)正確。 應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是0，但十分穩(wěn)定(如恒溫車間或有空調(diào)的場所)。 實(shí)質(zhì)：在測量結(jié)果中人為地加一個(gè)恒定值，因?yàn)槔涠藴囟确€(wěn)定不變，電動(dòng)勢EAB(TH,0)是常數(shù)，利

16、用指示儀表上調(diào)整零點(diǎn)的辦法，加大某個(gè)適當(dāng)?shù)闹刀鴮?shí)現(xiàn)補(bǔ)償。8.5.3 冷端補(bǔ)償器法 利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢的變化值。不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個(gè)橋臂和橋路電源組成。 設(shè)計(jì)時(shí)，在20下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時(shí)Uab=0 ，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。 冷端補(bǔ)償器的作用注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。 mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3RT0 Ua Uab EAB(T,T0) 注意，不同材質(zhì)的熱電偶所配的冷端補(bǔ)償器，其中的限流電阻R不一樣，互換時(shí)必

17、須重新調(diào)整。8.4.4 補(bǔ)償導(dǎo)線法 所謂補(bǔ)償導(dǎo)線就是用熱電性質(zhì)與熱電偶相近的材料制成導(dǎo)線用它將熱電偶的冷端端延長到需要的地方，而且不會(huì)對(duì)熱電偶回路引入超出允許的附加測溫誤差。 隨著熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)化，補(bǔ)償導(dǎo)線也形成了標(biāo)準(zhǔn)系列。國際電工委員會(huì)也制定了國際標(biāo)準(zhǔn)，適合于標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶使用。1.4.5 補(bǔ)正系數(shù)修正法 把冷端實(shí)際溫度TH乘上系數(shù)k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的溫度上，成為被測溫度T。用公式表達(dá)即 式中：T為未知的被測溫度； T為參比端在室溫下熱電偶電勢與分度表上對(duì)應(yīng)的某個(gè)溫度； TH室溫； k為補(bǔ)正系數(shù)，其它參數(shù)見下表。 例 用鎳鉻-考銅熱電偶測溫，已知冷端溫度TH=30與此相應(yīng)的

18、溫度場溫度T=600。則通過表查出，對(duì)應(yīng)于600的補(bǔ)正系數(shù)k=0.78。于是，被測溫度 T=600+0.78330=623.4() 用這種辦法稍稍簡單一些，比計(jì)算修正法誤差可能大一點(diǎn)，但誤差不大于0.14。 T T k T H溫度T/補(bǔ)正系數(shù)k鉑銠10-鉑(S)鎳鉻-鎳硅(K)1000.821.002000.721.003000.690.984000.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.5313000.5214000.5215000.5316000.

19、53熱電偶補(bǔ)正系數(shù) 熱電偶的測量電路熱電偶的測量電路 熱電偶的輸出電壓很小，通常每度只有數(shù)十微伏，要求測量用的運(yùn)算放大器的漂移必須很小，有關(guān)元件也需認(rèn)真選擇。下圖為一K型熱電偶的測量電路和元件表。 缺點(diǎn)：濾波電容C1，若其漏電大，則會(huì)產(chǎn)生很大的偏移電壓。 例如C1的漏電流為0.1uA，電阻R3 為1k, 則會(huì)產(chǎn)生100uV的偏移電壓。K型熱電偶的分度表 該熱電偶在0時(shí)的輸出為0mV，600 時(shí)輸出為24.902mv。如果放大器的增益由電位器Rw1調(diào)整為240.94倍，則0 時(shí)輸出為0V，600 時(shí)輸出為6V 以600 的輸出作為滿刻度，繪出其非線性誤差曲線，如下圖所示。從圖中可見，其最大有1%

20、的誤差%1%10006000300094.240207.12由此，要提高測量精度，一般都需要進(jìn)行線性校正。熱電偶的溫差電勢可近似表示為：NNABTaTaTaaTE 22101)0 ,( 其中T為溫度，a0、 a1、 、 an為系數(shù)。因此高次冪運(yùn)算電路就能作為線性校正電路。 電路運(yùn)算次數(shù)越高，線性精度也越高，但價(jià)格響應(yīng)時(shí)間等將隨之提高。 一般只考慮到2次，此時(shí)已經(jīng)能將線性校正到很高的精度。對(duì)于溫差電勢的近似表達(dá)式，可由切比雪夫展開式求得，只要自編或從程序庫(有關(guān)程序資料)中找到該程序，上機(jī)運(yùn)行，輸入U(xiǎn)j(熱電偶的溫差電勢)、Yi(溫度)。如輸入K型熱電偶的溫度Y1=0,Y2=100,，再輸入對(duì)應(yīng)

21、的U1=0mV， U2=4.095mV，得結(jié)果為：20347334. 0952.24976. 7iioutUUU20347334. 0952.24976. 7iioutUUU 根據(jù)上式，不難驗(yàn)證，300 時(shí)，E=12.207mV, Uout=2991.6mV600 時(shí)，E=24.902mV ，, Uout=6001.2mV20347334. 0952.24976. 7iioutUUU 第二節(jié) 熱電阻傳感器一、概述 熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性，對(duì)溫度和溫度有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行檢測的裝置。 實(shí)踐證明，大多數(shù)電阻在溫度升高1時(shí)電阻值將增加0.4% 0.6%。熱電阻傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是： 測

22、量精度高； 有較大的測量范圍，尤其在低溫方面； 易于使用在自動(dòng)測量和遠(yuǎn)距離測量中。 熱電阻傳感器之所以有較高的測量精度，主要是一些材料的電阻溫度特性穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好。其次，與熱電偶相比，它沒有參比端誤差問題。 熱電阻傳感器一般常用于 200 500的溫度測量，隨著技術(shù)的發(fā)展，熱電阻傳感器的測溫范圍也在不斷地?cái)U(kuò)展，低溫方面已成功地應(yīng)用于1 3K的溫度測量中，高溫方面也出現(xiàn)了多種用于1000 1300的熱電阻傳感器。 二、熱電阻材料和常用熱電阻二、熱電阻材料和常用熱電阻 作為測量溫度用的熱電阻材料必須具有以下特點(diǎn)： 高且穩(wěn)定的溫度系數(shù)和大的電阻率，以便提高靈敏度和保證測量精度； 良好的輸出特性，即電

23、阻溫度的變化接近于線性關(guān)系； 在使用范圍內(nèi)，其化學(xué)、物理性能應(yīng)保持穩(wěn)定； 良好的工藝性，以便于批量生產(chǎn)，降低成本。 根據(jù)上述要求，純金屬是制造熱電阻的主要材料。目前，廣泛應(yīng)用的熱電阻材料有鉑、銅 、鎳、鐵等。這些材料的電阻率與溫度的關(guān)系一般都可近似用一個(gè)二次方程描述，即2ctbta下面介紹目前常用的幾種熱電阻材料和它們的特性：1. 鉑熱電阻 鉑是一種貴金屬，其主要優(yōu)點(diǎn)是物理化學(xué)性能極為穩(wěn)定，并且有良好的工藝性，易于提純，可以制成極細(xì)的鉑絲(直徑可達(dá)到0.02mm或更細(xì))或極薄的鉑箔。它的缺點(diǎn)是電阻溫度系數(shù)較小。 我國已采用IEC標(biāo)準(zhǔn)制作工業(yè)鉑電阻溫度計(jì)。按IEC標(biāo)準(zhǔn)，鉑的使用溫度范圍為 -20

24、0 650。鉑電阻溫度計(jì)除作溫度標(biāo)準(zhǔn)外，還廣泛用于高精度的工業(yè)測量。由于鉑為貴金屬，在測量精度要求不高的場合下，均采用銅電阻。鉑電阻阻值與溫度變化之間的關(guān)系可近似用下式表示：在-200 0范圍內(nèi)320)100(1ttcBtAtRRt在0 850范圍內(nèi) 201BtAtRRtR0, Rt分別為0和t()時(shí)的電阻值 對(duì)于常用的工業(yè)鉑電阻， A=3.9080210-3/ ， B=-5.80210-7 -2, C=-4.2735010-12 -4銅熱電阻的分度表分度號(hào)：Cu50 050R 溫度/0102030405060708090電阻/050.0047.8545.7043.5541.4039.2405

25、0.0052.1445.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.132. 銅熱電阻2. 銅熱電阻 銅僅用來制造 -50 180范圍內(nèi)的工業(yè)用電阻溫度計(jì)，它的主要特點(diǎn)是在上述使用溫度范圍內(nèi)，其電阻與溫度的關(guān)系是線性的； 而且它的電阻溫度系數(shù)比鉑高，但它的電阻率低。在溫度不高、測溫元件尺寸沒有特殊限制時(shí)，可以使用銅電阻溫度計(jì)。 缺點(diǎn)：電阻率較低，電阻體的體積較大，熱慣性較大，穩(wěn)定性較差，在100 以上時(shí)容易氧化，因此只能用于低溫及沒有浸蝕性的介質(zhì)中.3.其它熱電阻 鎳和鐵電阻的溫度系數(shù)都較大，電阻率也較

26、高，因此也適合于作熱電阻。鎳和鐵熱電阻的使用溫度范圍分別是 -50100和 -50150。但這兩種熱電阻目前應(yīng)用較少。 缺點(diǎn)：鐵很容易氧化，化學(xué)性能不好。而鎳非線性嚴(yán)重，材料提取也困難。但由于鐵的線性、電阻率和靈敏度都較高，所以在加以適當(dāng)保護(hù)后，也可作為熱電阻元件。鎳電阻在穩(wěn)定性方面優(yōu)于鐵，在自動(dòng)恒溫和溫度補(bǔ)償方面的應(yīng)用較多。 近年來，一些新穎的、測量低溫領(lǐng)域的熱電阻材料相繼出現(xiàn)。銦電阻適宜在 -269 -258溫度范圍內(nèi)使用，測溫精度高，靈敏度是鉑電阻的10倍，但復(fù)現(xiàn)性差。錳電阻適宜在 -271 -210溫度范圍內(nèi)使用，靈敏度高，但質(zhì)脆易損壞。碳電阻適宜在 -273 -268.5溫度范圍內(nèi)使

27、用，熱容量小，靈敏度高，價(jià)格低廉，但熱穩(wěn)定性較差。 熱電阻把溫度量轉(zhuǎn)換成電阻值，這樣就可以通過測量電阻來測量溫度。測量電阻通常可利用歐姆表或電橋。平衡電橋法 平衡電橋法如圖所示：4. 電阻測量方法 平衡電橋法如圖所示。在圖(a)中，如果電阻R1=R2，當(dāng)熱電阻Rt阻值隨溫度變化時(shí)，調(diào)節(jié)電位器Rw的電刷位置x，使電橋處于平衡狀態(tài)，則有00txRRnRLL、R0電位器有效長度和總電阻x電刷位置 熱電阻內(nèi)部引線方式有兩線制、三線制和四線制三種, 如下頁圖所示。 二線制中引線電阻對(duì)測量影響大, 用于測溫精度不高場合。 三線制可以減小熱電阻與測量儀表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測量誤差。 四

28、線制可以完全消除引線電阻對(duì)測量的影響, 用于高精度溫度檢測。 兩線制 這種引線方式簡單、費(fèi)用低，但是引線電阻以及引線電阻的變化會(huì)帶來附加誤差。 兩線制適于引線不長、測溫精度要求較低的場合。三線制測溫消除導(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。0RRRRt設(shè)計(jì)使ERRRErRRrRrRRrRUttt00002222RTD=Va-(Va-Vb)+(Vc-Vd)/(Vd/Rsense) 四線制四線制)1 (0110tIRRRIRRRUftf 運(yùn)放采用斬波放大器ICL7650差動(dòng)放大器。 恒流源供電。 第三節(jié) 熱敏電阻傳感器一、熱敏電阻的特點(diǎn) 熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的熱敏

29、器件。相對(duì)于一般的金屬熱電阻而言，它主要有如下特點(diǎn)： (1)電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，比一般金屬電阻大10100倍。 (2)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可以測量點(diǎn)溫度。 (3)電阻率高，熱慣性小，適宜動(dòng)態(tài)測量。 (4)阻值與溫度變化呈非線性關(guān)系。 (5)穩(wěn)定性和互換性較差。 大部分半導(dǎo)體熱敏電阻是由各種氧化物按一定比例混合，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。多數(shù)熱敏電阻具有負(fù)的溫度系數(shù)，即當(dāng)溫度升高時(shí)，其電阻值下降，同時(shí)靈敏度也下降。由于這個(gè)原因，限制了它在高溫下的使用。目前熱敏電阻的使用上限溫度約為300。二、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)與材料 熱敏電阻主要由熱敏探頭1、引線3、殼體3構(gòu)成。熱敏電阻一般做成二端器件，但也有構(gòu)成三端或

30、四端的。二端和三端器件為直熱式，即直接由電路中獲得功率。四端器件則是旁熱式的。根據(jù)不同的要求，可以把熱電阻做成不同的形狀結(jié)構(gòu)，其典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。(a) (b) (c) (d)(e)(f) (g) (h)(i)6543 2 112D0.20.5A型B型( j )溫度檢測用的各種熱敏電阻器探頭 1熱敏電阻；2鉑絲；3銀焊；4釷鎂絲；5絕緣柱；6玻璃 各種熱敏電阻傳感器結(jié)構(gòu) 由熱敏探頭1、引線2和殼體3組成產(chǎn)品特長產(chǎn)品特長: 1.耐熱薄膜封裝耐熱薄膜封裝,穩(wěn)定性高穩(wěn)定性高. 2.體積細(xì)小體積細(xì)小,安裝使用方便安裝使用方便. 3.經(jīng)濟(jì)實(shí)用經(jīng)濟(jì)實(shí)用,性價(jià)比高性價(jià)比高.應(yīng)用范例應(yīng)用范例: 電腦電腦 CPU ,冰箱門縫等測溫使用冰箱門縫等測溫使用. 薄膜NTC熱敏電阻 溫度補(bǔ)償型熱敏電阻 1)計(jì)量設(shè)備的溫度補(bǔ)償計(jì)量設(shè)備的溫度補(bǔ)償;2)儀表線圈儀表線圈,集成電路集成電路,石英晶體振蕩器和熱石英晶體振蕩器和熱電偶的溫度補(bǔ)償電偶