自動檢測-第二章1

《自動檢測技術》

本節(jié)介紹金屬熱電阻、熱敏電阻、濕敏電阻傳感器的原理、結構、分類、測量轉換電路及應用等，介紹了三線制測量電路。測溫熱電阻傳感器的分類

1、金屬熱電阻（正溫度系數(shù)）溫度升高，金屬內部原子晶格的振動加劇，從而使金屬內部的自由電子通過金屬導體時的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，稱其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢相同。測溫熱電阻可分為金屬和半導體兩大類。二、測溫熱電阻傳感器金屬絲電阻隨溫度增高而變大的演示

取一只100W/220V燈泡，用萬用表測量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，經(jīng)計算得到的額定熱態(tài)電阻值應為484Ω。請說明鎢絲的溫度系數(shù)的正負。超導現(xiàn)象

1911年，荷蘭物理學家昂內斯（KamerlinghOnnes）在用液氦將汞的溫度降到4.2K時，發(fā)現(xiàn)汞的電阻降為零。昂內斯將這種現(xiàn)象稱為物質的超導性。后來昂內斯和其他科學家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了其他一些金屬也是超導體。昂內斯因為這項重大發(fā)現(xiàn)而獲得1913年的諾貝爾物理學獎。超導磁懸浮易提純、復現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻

制作熱電阻的材料必須具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、一致性好、使用溫度范圍寬、加工容易等特點。（）金屬熱電阻材料的主要技術性能

熱電阻的阻值Rt與溫度t的關系表達式Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3+Dt4)式中Rt——熱電阻在t時的電阻值；R0——熱電阻在0℃時的電阻值；A、B、C、D——溫度系數(shù)熱電阻的阻值Rt與t之間并不完全呈線性關系。在規(guī)定的測溫范圍內，根據(jù)國際電工委員會（IEC）頒布的分度表數(shù)值，列出每隔1℃的Rt電阻值，這種表格稱為熱電阻分度表，見附錄C。在工程中，若不考慮線性度誤差的影響，有時也可以利用溫度系數(shù)α來近似計算熱電阻的阻值Rt。即：Rt=R0(1+αt）。裝配式鉑熱電阻

0℃時的電阻為100Ω接線盒2023/2/110薄膜式鉑熱電阻

Pt1000薄膜熱電阻在0℃時的電阻為1kΩ，最大工作電流小于0.3mA。在真空清潔室中，將鉑金屬噴射在陶瓷體上，然后用激光進行光刻和阻值的微調,再焊接兩根引線。在鉑金上涂上一層特殊的絕緣玻璃層。薄膜熱電阻的響應時間只需幾秒。2023/2/111薄膜式鉑熱電阻工藝過程示意圖小型鉑熱電阻

防爆式鉑熱電阻

堅實的外殼起“隔爆”作用，工作電流控制在安全范圍。鎧裝式鉑熱電阻

1－接線盒2－引出線密封管3－法蘭盤4－柔性外套管（可達百米）5－測溫端部2023/2/115端面式熱電阻及其在測溫端面的安裝能更快速地反映被測端面的實際溫度。汽車用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻學習查“鉑熱電阻分度表”如何判斷鉑熱電阻是否線性鉑電阻溫度顯示、變送器上下限設定鍵上限下限上上限下下限測量值可設定溫度的溫度控制箱

旋轉式機械設定開關

撥碼式設定開關不易被改動，適合車間使用金屬熱電阻的測量轉換電路方案一：二線制電橋測量電路R1為鉑熱電阻，R2、R3、R4為錳銅精密電阻(固定電阻)。電橋的調零在0℃的情況下進行。熱電阻Rt被安裝在測溫點上,然后用連接導線連接到電橋的接線端子上。引線電阻r1a、r1b及其隨溫度和長度的變化將引起測量誤差。方案二：四線制恒流測量電路恒流源Ii的恒定激勵電流流過Rt，在Rt上產(chǎn)生降壓Uo=IiRt。輸出電壓Uo的變化量ΔUo與被測溫度變化引起的電阻變化量ΔR成正比。由于輸出電壓是直接從Rt兩端引出的，所以激勵電流Ii在r1a、r1b上的壓降就不被包括到Uo中，因此可以克服引線電阻的影響。本底電壓Uo0所占比例較大，而反映溫度變化的ΔUo相對較小，降低了系統(tǒng)的分辨力。方案三：三線制電橋測量電路1－連接電纜2－屏蔽層3－恒流源4－法蘭盤安裝孔RP1－調零電位器RP2－調滿度電位器三線制電橋特點采用三線制單臂電橋可以消除和減小引線電阻的影響。熱電阻Rt用三根導線①、②、③引至測溫電橋。

其中兩根引線的內阻（r1、r4）分別串入測量電橋相鄰兩臂的R1、R4上，(R1+r1)/R2=(R4+r4)/R3。引線的長度變化不影響電橋的平衡，所以可以避免因連接導線電阻受環(huán)境影響而引起的測量誤差。放大器4個主要電阻阻值的確定若希望t＝100℃時，放大器的輸出電壓Uo2＝1.00V,則K=10.82倍。Rf的取值不能太小，一般應大于10kΩ。若考慮到非理想運放的輸入失調電流和失調電壓以及輸入偏置電流均不為零，所以Rf不應超過1MΩ。為了增大橋路的負載電阻,可以取R11=R12為整數(shù)值100kΩ,則R13=Rf的理論值約為1082k,取標稱值1MΩ。若選用Pt100標準熱電阻，當t＝100℃時，查Pt100分度表，得到R100℃=134.71Ω。設橋路激勵源電壓Uac=1.25V，選取R3、R4為100Ω精密錳銅線繞電阻，流過熱電阻的電流不能超過10mA。若忽略r1、r2、RP1、RP2、R7的影響，由分壓比公式可得橋路的輸出電壓為利用熱絲（鉑熱電阻）測量氣體流速（流量）內置鉑金熱絲風利用熱絲測量氣體流速（流量）內置鉑金絲被加熱到200℃風鉑絲接入單臂電橋tv

熱敏電阻分類：負溫度系數(shù)（NTC，NegativeTemperatureCoefficient）、正溫度系數(shù)（PTC，PositiveTemperatureCoefficient）之分。

NTC又可分為兩大類：第一類的電阻值與溫度之間呈嚴格的負指數(shù)關系，因此可用于測量溫度：

第二類為突變型（CTR）。當溫度上升到某臨界點時，其電阻值突然下降，可用于控制溫度或抑制浪涌電流。以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料,采用陶瓷工藝制造而成。在低溫時,這些氧化物材料的載流子(電子和空穴)數(shù)目少,所以其電阻值較高。隨著溫度的升高,載流子數(shù)目增加,所以電阻值降低。電阻率和溫度系數(shù)隨材料成分比例、燒結溫度和結構狀態(tài)不同而變化。

現(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系列NTC熱敏電阻材料。

a）圓片形b）柱形c）珠形d）鎧裝型e）厚膜型f）貼片式g）圖形符號1－熱敏電阻2－玻璃外殼3－引出線4－純銅外殼5－傳熱安裝孔在鈦酸鋇里摻雜其它的多晶陶瓷材料,壓制成圓片等形狀,燒結而成PTC熱敏電阻，屬于臨界溫度型(CTR)。當溫度上升到某臨界點時,其電阻值突然上升,可用于電路的限流、過載保護。大功率PTC還可用作暖風機中的加熱元件。恒溫加熱用PTC熱敏電阻

解：T=273+100=373K（開氏）結論：NTC在100℃時的阻值大約只有25℃時的(1/15)。

MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻

玻璃封裝NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻帶安裝孔的熱敏電阻大電流PTC熱敏電阻

貼片式NTC熱敏電阻MF58型（珠形）高準確度負溫度系數(shù)熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻熱敏電阻

LCD顯示器調試時，應該先調哪一只電位器，再調哪一只電位器？使用分隔刻度為0.1℃的高準確度溫度計,校驗本設計刻度中其他各點是否準確,并用單片機進行線性化顯示.a）橋式電路b）調頻式電路c）數(shù)字式體溫表1－熱敏電阻2－指針式顯示器3－調零電位器4－調滿度電位器

多諧振蕩器又稱為矩形波發(fā)生器。去計算機的計數(shù)器Rtff解：f0℃≈1/(2R0℃

?C)=1/(2×1×106×0.001×10-6)=500Hzf100℃≈1/(2R0℃C)=1/(2×67×0.001)≈7.5kHztRtff.在電動機的定子繞組中嵌入負溫度突變型熱敏電阻，并與繼電器串聯(lián)。當電動機過載時定子電流增大，引起發(fā)熱。當溫度大于突變點時，電路中的電流可以由十分之幾毫安突變?yōu)閹资涟?，因此繼電器動作，觸發(fā)電動機保護電路，從而實現(xiàn)過熱保護。由以上分析可知，必須使用負溫度系數(shù)的突變型熱敏電阻與繼電器串聯(lián)。溫度突變點應略高于電動機最高工作殼溫。KA為續(xù)流二極管。高分子聚合物正溫度熱敏電阻是由聚合物與導電晶粒等所構成。導電粒子在聚合物中構成鏈狀導電通路。當正常工作電流通過（或元件處于正常環(huán)境溫度）時，自復熔斷器呈低阻狀態(tài)。當電路中有異常過電流,或環(huán)境溫度超過額定值時,熱量使聚合物迅速膨脹,切斷導電粒子所構成的導電通路,自恢復熔斷器呈高阻狀態(tài)；當電路中過電流(或超溫狀態(tài))消失后,聚合物冷卻,體積恢復正常,PTC中的導電粒子又重新構成導電通路。氣敏電阻品種繁多，主要有可測量還原性氣體和測量氧氣濃度的兩大類。氣敏電阻可以把某種氣體的成分、濃度等參數(shù)轉換成電阻變化量，再轉換為電流、電壓信號。

在化學反應中，還原性氣體給出電子。還原性氣體多數(shù)屬于可燃性氣體，例如石油蒸氣、酒精蒸氣、甲烷、乙烷、煤氣、天然氣、氫氣等。測量還原性氣體的氣敏電阻一般是用SnO2、ZnO或Fe2O3等金屬氧化物粉料燒結而成的半導體器件。

1－電極引腳2－塑料底座3－燒結體4－不銹鋼網(wǎng)罩5－加熱電極6－工作電極7－加熱回路電源8－測量回路電源MQN型氣敏半導體器件的燒結體中，有兩組鉑絲。一組鉑絲為測量電極，另一組（上圖中的左邊鉑絲）為加熱電極兼測量電極。氣敏電阻工作時必須加熱到200300℃，其目的是加速被測氣體的化學吸附和電離的過程并燒去氣敏電阻表面的污物（起清潔作用）。

在不同工作溫度時,氣敏電阻對不同的氣體靈敏度不同.

各種可燃性氣體傳感器氣敏電阻在被測氣體濃度較低時有較大的電阻變化，而當被測氣體濃度較大時，其電阻率的變化逐漸趨緩，有較大的非線性。這種特性較適用于氣體的微量檢漏、濃度檢測或超限報警。酒精蒸汽含量檢測設備有五種基本類型：燃料電池型（電化學）、金屬氧化物型、光學型（紅外線型、氣體色譜分析型、比色型）。一次性呼氣管燃料電池酒精傳感器采用鉑絲作為電極，在催化劑作用下，能使進入燃燒室內的酒精產(chǎn)生無焰燃燒，兩電極間的輸出電壓與進入燃燒室內的酒精濃度成正比。

酒后駕車易出事故，請上網(wǎng)查閱有關的知識，設計一臺便攜式、交通警使用的酒后駕車測試儀……NH3傳感器煤礦瓦斯報警器半導體材料二氧化鈦（TiO2）屬于N型半導體，對氧氣十分敏感。其電阻值的大小取決于周圍環(huán)境的氧氣濃度。當周圍氧氣濃度較大時，氧原子進入二氧化鈦晶格，改變了半導體的電阻率，使其電阻值增大。

用于汽車或燃燒爐排放氣體中的氧濃度傳感器結構圖及測量轉換電路。二氧化鈦氣敏電阻與補償熱敏電阻同處于陶瓷絕緣體的末端。當氧氣含量減小時，RTiO2的阻值減小，Uo增大。

與TiO2氣敏電阻串聯(lián)的熱敏電阻Rt

起溫度補償作用。當環(huán)境溫度升高時，TiO2氣敏電阻的阻值會逐漸減小，只要Rt也以同樣的比例減小，根據(jù)分壓比定律，Uo不受溫度影響，減小了測量誤差。

a）結構b）測量轉換電路

1－外殼（接地）2－安裝螺栓3－搭鐵線4－保護管5—補償電阻6－陶瓷片7－TiO2氧敏電阻8－進氣口9－引腳可用于汽車尾氣測量絕對濕度：是指大氣中水汽的密度，即每一立方米大氣中所含水汽的質量(克數(shù))。相對濕度（RH％）：是大氣中實有水汽壓與當時溫度下飽和水汽壓的百分比，是日常生活中常用來表示濕度大小的方法。當相對濕度達100%時，稱飽和狀態(tài)。濕敏電阻的原理：水分子極易吸附于固體表面并滲透到固體內部，引起半導體的電阻值降低，因此可以利用多孔陶瓷、三氧化二鋁等吸濕材料制作濕敏電阻。式中e——空氣的水氣分壓；E——同一溫度下的飽和水氣壓由于飽和水氣壓E隨著氣溫的