第四章+熱電檢測(cè)器件

熱電檢測(cè)器件熱敏電阻熱電偶和熱電堆熱釋電探測(cè)器件2/2/20231熱電檢測(cè)器件的特性1、光電器件基于光量子效應(yīng)、熱電器件基于熱效應(yīng)，即熱電檢測(cè)器件吸收入射輻射產(chǎn)生溫升，從而引起材料物理性質(zhì)的變化，而輸出電信號(hào)。2、從光譜響應(yīng)看，熱電檢測(cè)器件屬于無(wú)選擇器件，室溫下不需致冷，應(yīng)用上不同于光電器件。3、熱電檢測(cè)器件將輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，這是每個(gè)器件都要經(jīng)歷的階段，屬于熱電檢測(cè)器件的共性。4、將熱能轉(zhuǎn)換為電能隨每個(gè)器件的結(jié)構(gòu)原理不同而存在差異，屬于熱電檢測(cè)器件的個(gè)性。2/2/20232

熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的傳感器。它是利用測(cè)溫敏感元件的電或磁的參數(shù)隨溫度變化而改變的特性，將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化達(dá)到測(cè)量溫度的目的。主要介紹熱電偶、熱電阻、熱敏電阻和熱釋電探測(cè)器。

2/2/20233熱電偶傳感器

熱電偶傳感器簡(jiǎn)稱熱電偶，是目前接觸式測(cè)溫中應(yīng)用最廣的熱電式傳感器。其測(cè)溫范圍較寬，一般為-50~1600℃，最高的可達(dá)到3000℃，并有較高的測(cè)量精度。另外，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、熱慣性小、輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等優(yōu)點(diǎn)。其產(chǎn)品已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、運(yùn)用十分方便。2/2/202344.1.1基本原理及熱電效應(yīng)1.基本原理

1821年賽貝克發(fā)現(xiàn)了銅、鐵這兩種金屬的溫差電現(xiàn)象。即在這兩種金屬構(gòu)成的閉合回路中，對(duì)兩個(gè)接頭中的一個(gè)加熱即可產(chǎn)生電流，如圖所示。在冷接頭處，電流從鐵流向銅。由于冷、熱兩個(gè)端（接頭）存在溫差而產(chǎn)生的電勢(shì)差E，就是溫差熱電勢(shì)。這種由兩種不同的金屬構(gòu)成的能產(chǎn)生溫差熱電勢(shì)的裝置稱為熱電偶。2/2/202352.熱電效應(yīng)

將兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B組合成閉合回路，若兩結(jié)點(diǎn)處溫度不同，則回路中將有電流流動(dòng)，即回路中有熱電動(dòng)勢(shì)存在。此電動(dòng)勢(shì)的大小除了與材料本身的性質(zhì)有關(guān)以外，還決定于結(jié)點(diǎn)處的溫差，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)。

熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成的。2/2/20236

（1）接觸電勢(shì)

當(dāng)兩種導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）接觸在一起時(shí)，由于不同導(dǎo)體的自由電子密度不同，在結(jié)點(diǎn)處就會(huì)發(fā)生電子遷移擴(kuò)散。失去電子的導(dǎo)體呈正電位，得到電子的導(dǎo)體呈負(fù)電位。當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到平衡時(shí)，在兩種金屬的接觸處形成電位差，此電位差稱為接觸電勢(shì)。其大小與兩種導(dǎo)體的性質(zhì)及結(jié)點(diǎn)的溫度有關(guān)，可表示為：2/2/20237

式中，EAB(T)為A、B兩種導(dǎo)體在溫度T時(shí)的接觸電勢(shì)；K為玻爾茲曼常數(shù)；e為電子電荷；NA，NB為導(dǎo)體A、B的自由電子密度；T為結(jié)點(diǎn)處的絕對(duì)溫度。

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（2）溫差電勢(shì)也稱為湯姆遜電勢(shì)，產(chǎn)生原因是，金屬導(dǎo)體兩端的溫度不同，則其自由電子的濃度亦不相同，溫度高的一端濃度較大;因此高溫端的自由電子將向低溫端擴(kuò)散，高溫端失去電子帶正電，低溫端得到多余的電子帶負(fù)電，從而形成溫差電勢(shì)：2/2/20239

式中，EA(T,T0)為導(dǎo)體A的兩端溫度分別為T與T0時(shí)的溫差電勢(shì)；бA為溫度系數(shù)（又叫湯姆遜系數(shù)），它表示單一導(dǎo)體的兩端溫差為1℃時(shí)所產(chǎn)生的溫差電勢(shì)。熱電偶的熱電勢(shì)如圖所示，可表示為2/2/202310可進(jìn)一步寫成2/2/202311幾點(diǎn)結(jié)論：

①如果組成熱電偶的兩個(gè)電極的材料相同，即使是兩結(jié)點(diǎn)的溫度不同也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。

②組成熱電偶的兩個(gè)電極的材料雖然不相同，但是兩結(jié)點(diǎn)的溫度相同也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。

③由不同電極材料A、B組成的熱電偶，當(dāng)冷端溫度T0恒定時(shí)，產(chǎn)生的熱電勢(shì)在一定的溫度范圍內(nèi)是熱端溫度T的單值函數(shù)。2/2/202312賽貝克效應(yīng)2/2/202313高溫貴金屬熱電偶、鎧裝熱電偶高溫貴金屬熱電偶高溫貴金屬熱電偶高溫貴金屬熱電偶2/2/202314高溫防腐熱電偶2/2/202315防爆熱電偶2/2/202316鎳鉻-銅鎳熱電偶

2/2/202317多點(diǎn)熱電偶（同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)）2/2/2023184.1.2熱電偶的基本定律1.勻質(zhì)導(dǎo)體定律

由同一種勻質(zhì)（電子密度處處相同）導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路中，不論其截面積和長(zhǎng)度如何，不論其各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)，這就是勻質(zhì)導(dǎo)體定律。

（1）熱電偶必須由兩種不同的勻質(zhì)材料制成，熱電勢(shì)的大小只與熱電極材料及兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與熱電極的截面及溫度分布無(wú)關(guān)。

（2）此定律可用來(lái)檢驗(yàn)熱電極材料是否為勻質(zhì)材料。2/2/2023192.中間導(dǎo)體定律

在熱電偶回路中接入第三種金屬導(dǎo)體，如圖所示，只要該金屬導(dǎo)體C與金屬導(dǎo)體A、B的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)處在同一溫度，則此導(dǎo)體對(duì)于回路總的熱電勢(shì)沒(méi)有影響，稱為中間導(dǎo)體定律。熱電偶回路接入中間導(dǎo)體C后的熱電勢(shì)為：2/2/202320所以因而中間導(dǎo)體定律得到證明。

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此定律具有特別重要的實(shí)用意義，因?yàn)橛脽犭娕紲y(cè)溫時(shí)必須接入儀表(第三種材料)，根據(jù)此定律，只要儀表兩接入點(diǎn)的溫度保持一致，儀表的接入就不會(huì)影響熱電勢(shì)。而且A、B結(jié)點(diǎn)的焊接方法也可以是任意的。

根據(jù)此定律，除可在熱電偶測(cè)溫回路中接入各種類型的顯示儀表或調(diào)節(jié)器外，也可以推廣到對(duì)液態(tài)金屬材料和固態(tài)金屬材料表面的溫度測(cè)量。2/2/202322

如圖所示，將熱電極A和B直接插入液態(tài)金屬或焊在固體金屬表面上。例如，用熱電偶連續(xù)測(cè)量鐵水的溫度就是這樣的。在連續(xù)測(cè)量過(guò)程中，熱電極不斷地被鐵水熔掉，而根據(jù)這個(gè)定律，就不需要先焊接了。

3.連接導(dǎo)體定律和中間溫度定律

在熱電偶回路中，如果熱電極A與B分別連接導(dǎo)線a、b，其結(jié)點(diǎn)溫度分別為T、Tn和T0，如圖所示。2/2/202323

則回路的總熱電勢(shì)EABba(T,Tn,T0)等于熱電偶的熱電勢(shì)EAB(T,Tn)與連接導(dǎo)線的熱電勢(shì)Eab(Tn,T0)之和，這就是連接導(dǎo)體定律，可用下式表示：

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當(dāng)A和a，B和b的材料分別相同時(shí)，其各結(jié)點(diǎn)的溫度仍為T，Tn和T0時(shí)，總熱電勢(shì)由上式可得：

這就是中間溫度定律。它表明結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0的熱電偶，其熱電勢(shì)等于結(jié)點(diǎn)溫度分別為T和Tn(中間溫度)，以及Tn和T0兩只同性質(zhì)熱電偶熱電勢(shì)的代數(shù)和。

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中間溫度定律也有重要的應(yīng)用。熱電偶的分度表均是以參比端T0=0℃為標(biāo)準(zhǔn)的，而熱電偶在實(shí)際使用時(shí)其參比端溫度不是0℃，一般是高于0℃的某個(gè)數(shù)值，如Tn=20℃，此時(shí)可根據(jù)相關(guān)公式來(lái)修正熱電勢(shì)，從而得到被測(cè)溫度。2/2/2023264.參考電極定律（標(biāo)準(zhǔn)電極定律）

如果兩種導(dǎo)體A、B分別與第三種導(dǎo)體C所組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)是已知的，則這兩種導(dǎo)體所組成的熱電偶的熱電勢(shì)也是已知的，且ABACCBTTTT0T0T0根據(jù)此定律，可以給出所有熱電偶材料與標(biāo)準(zhǔn)電極的熱電勢(shì)，方便熱電偶電極的選配。2/2/2023272/2/2023282/2/2023294.1.3熱電偶的材料、分類與結(jié)構(gòu)1、熱電偶材料

熱電偶的熱電極材料應(yīng)滿足以下要求：①物理、化學(xué)性能穩(wěn)定；②測(cè)溫范圍寬；③熱電性能好；④電阻溫度系數(shù)?。虎轃崛萘啃。虎抻辛己玫臋C(jī)械加工性能等。

完全滿足上述條件的材料很難找到，故一般只根據(jù)被測(cè)溫度的范圍，選擇適當(dāng)?shù)臒犭姌O材料。目前熱電極材料有金屬、非金屬和半導(dǎo)體幾大類。金屬中又有廉價(jià)金屬、貴金屬和難熔金屬等。常見(jiàn)的熱電偶材料有：康銅、Cu、Fe、W、NiCr、NiAl、Ni、Pt、PtRh、Ag等。2/2/2023302.熱電偶的分類

熱電偶分為標(biāo)準(zhǔn)化與非標(biāo)準(zhǔn)化兩大類。

（1）標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶

標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度關(guān)系及允許誤差，并有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶。

目前在國(guó)際上被公認(rèn)比較好的熱電偶的材料只有幾種。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)向世界各國(guó)推薦8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。我國(guó)已采用IEC標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)熱電偶，并按標(biāo)準(zhǔn)分度表生產(chǎn)與之相配的顯示儀表。2/2/202331

①PtRh10-Pt（鉑銠合金）熱電偶。這是一種貴金屬熱電偶，正極是由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%的Pt和10%的Rh制成的合金絲，負(fù)極為純Pt絲?？捎糜谳^高的溫度，能長(zhǎng)時(shí)間在0~1300℃中工作，短時(shí)間可測(cè)到1600℃。它的物理化學(xué)性能穩(wěn)定，因此具有較好的復(fù)制性、精確性、穩(wěn)定性和可靠性，易于在氧化性和中性氣氛中使用。（在空氣中能被氧化的氣體都可稱“還原性氣體”，如：氫氣、一氧化碳，硫化氫,甲烷，一氧化硫。氣體還原性是相對(duì)的，如：一氧化碳，加氫氣可能被還原成碳和水，氫氣在鉀，鈉面前也不具還原性。以上“還原性氣體”只是在空氣中能被氧化的氣體。）2/2/202332

缺點(diǎn)是熱電勢(shì)小、熱電特性的非線性較大，不宜在還原性氣體、金屬蒸氣、金屬氧化物、氧化硅和氧化硫等氣氛中使用。否則會(huì)很快受到腐蝕而變質(zhì)。在上述氣氛中使用時(shí)，必須加保護(hù)套管。另外，它的價(jià)格貴，熱電偶金屬絲的直徑在0.5mm以下，機(jī)械強(qiáng)度低。②NiCr-NiSi(NiCr-NiAl)熱電偶

這是一種廉價(jià)的金屬熱電偶，工業(yè)上應(yīng)用最廣泛。2/2/202333

正極是NiCr合金，其成分為Ni(89%)，Cr(10%)，F(xiàn)e(1%)；負(fù)極是NiSi合金，其成分為Si(2.5~3)%，Cr(≤0.69%)，其余為Ni。因?yàn)闊犭姌O中含有大量的Ni，故這種熱電偶在高溫下抗氧化能力及抗腐蝕能力都很強(qiáng)。另外熱電勢(shì)與溫度的線性關(guān)系好，熱電勢(shì)也較大，復(fù)制性好，價(jià)格低廉，可長(zhǎng)時(shí)間在900℃使用，短時(shí)間可以用到1200℃，因此應(yīng)用廣泛。2/2/202334

NiCr-NiSi熱電偶的缺點(diǎn)是在還原性介質(zhì)、硫及硫化物介質(zhì)(SO2，H2S)氣氛中測(cè)量500℃以上溫度時(shí)容易被腐蝕，這種情況下必須另加保護(hù)套管。另外，其精度低于PtRh-Pt熱電偶。但由于它的熱電勢(shì)較大，故還是可以保證有足夠的精度，其誤差一般在6℃~8℃范圍內(nèi)。

由于NiCr-NiSi熱電偶有一系列優(yōu)點(diǎn)，尤其是性能穩(wěn)定、經(jīng)長(zhǎng)期考驗(yàn)可作為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶使用。因此，我國(guó)已正式?jīng)Q定選用NiCr-NiSi熱電偶作為三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。

2/2/202335

③銅-康銅熱電偶

它在低溫下使用較普遍。其正極為純Cu，負(fù)極為CuNi合金（Cu60%，Ni40%）。銅-康銅價(jià)格低廉，且在低溫下有較好的穩(wěn)定性，可測(cè)-200℃的低溫。是常用的低溫?zé)犭娕?。目前?~100℃范圍內(nèi)，銅-康銅熱電偶被選定為三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，用來(lái)檢測(cè)低溫測(cè)量?jī)x表。因?yàn)殂~極易氧化，故一般測(cè)量上限≤300℃。

2/2/202336（2）非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶

①W-Mo熱電偶。正極為W，負(fù)極為Mo。具有較高的熔點(diǎn)，因此可測(cè)量高達(dá)2200℃的溫度。W、Mo化學(xué)穩(wěn)定性差，易被氧化，在還原介質(zhì)中高溫穩(wěn)定性也差，故只能在真空或中性介質(zhì)中工作；它在1200℃以上的一段溫區(qū)才出現(xiàn)熱電勢(shì)與溫度的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，故只能用于1300～2200℃的高溫測(cè)量。2/2/202337

②W-Re系(鎢錸）熱電偶。常用的是WRe5-WRe20熱電偶，正極為95%的W與5%的Re制成的合金；負(fù)極為80%的W、20%的Re制成的合金。W-Re合金熱電偶可在惰性、還原性氣體及真空中使用，最高溫度可達(dá)2600~3000℃，線性較好，熱電勢(shì)較大，價(jià)格低廉。2/2/202338

但這種熱電偶易氧化，不能在氧化氣體中使用。此外，這類合金的雜質(zhì)含量不穩(wěn)定，不同批的熱電偶絲熱電特性是有差別的，每一批應(yīng)單獨(dú)分類。

③Ir-Rh（銥銠）系熱電偶。最常用的是IrRh40-Ir熱電偶，其正極為60%的Ir、40%的Rh制成的合金，負(fù)極為純Ir。

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這類熱電偶可在氧化、真空或中性氣氛中使用。測(cè)量溫度可達(dá)2200℃。它的熱電勢(shì)雖然較小，但線性好。這類熱電偶的不足之處是不宜在還原性氣氛中使用；壽命較短，在空氣中2000℃使用時(shí)，壽命只有20小時(shí)。

2/2/202340常用熱電偶的熱電特性如圖所示2/2/2023413.熱電偶的結(jié)構(gòu)

（1）普通型熱電偶

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，如圖所示。主要用于測(cè)量氣體，蒸氣和液體等介質(zhì)的溫度。2/2/202342

（2）鎧裝熱電偶(鎧裝”就是在產(chǎn)品的最外面加裝一層金屬保護(hù)，以免內(nèi)部的效用層在運(yùn)輸和安裝時(shí)受到損壞)

鎧裝熱電偶是20世紀(jì)60年代興起的新型結(jié)構(gòu)熱電偶。它是把熱電偶絲、絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者組成一個(gè)整體，并經(jīng)復(fù)合拉伸而成的組合熱電偶，如圖所示。其外徑可拉得很細(xì)，一般直徑為1mm~8mm，最小可達(dá)0.2mm，長(zhǎng)度1m~20m。其特點(diǎn)是：動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，熱容量小，強(qiáng)度高，可撓性好，便于安裝。2/2/202343

（3）薄膜熱電偶

薄膜熱電偶的形狀可分片狀、針狀等形式，它是利用真空鍍膜、化學(xué)涂層和電泳等方法，將兩種熱電極材料直接蒸鍍（或沉積）于絕緣的基片上而制成，如圖所示是片狀薄膜熱電偶。其特點(diǎn)是熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可直接貼附于被測(cè)表面，測(cè)量方便而迅速。2/2/202344

（4）表面熱電偶

表面熱電偶是一種專門用來(lái)測(cè)量各種固體表面溫度的熱電偶。它可根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)，加工和安裝使用。

（5）快速熱電偶

這種熱電偶又稱為消耗熱電偶，它是專為測(cè)量鋼水，鋁水，銅水及熔融合金的溫度而設(shè)計(jì)的，其主要特點(diǎn)是可以直接插入液態(tài)金屬中進(jìn)行測(cè)量。2/2/202345輻射熱電偶2/2/202346半導(dǎo)體熱電偶半導(dǎo)體材料具有較高的溫差電位差，可達(dá)500μV/℃將p和N兩種半導(dǎo)體材料用涂黑金箔連在一起，增加對(duì)輻射的吸收能力。在熱輻射作用下，由于熱端溫度升高，半導(dǎo)體材料的載流子密度增加，平均動(dòng)能也增大，熱端載流子向冷端擴(kuò)散，使N型材料熱端帶正電，冷端帶負(fù)電，P型材料相反。2/2/202347熱電偶及測(cè)溫儀表2/2/202348鎧裝熱電偶2/2/2023494.1.4熱電偶測(cè)溫電路1.工業(yè)用熱電偶測(cè)溫電路

一般與動(dòng)圈表或電子電位差計(jì)配套使用，測(cè)溫電路如圖所示。左圖為與動(dòng)圈表配套使用的電路，熱電偶冷端溫度補(bǔ)償用的是補(bǔ)償電橋法，右圖為與自動(dòng)電子電位差計(jì)配套使用的電路。圖中T0為熱電偶冷端處的溫度。+-2/2/2023502.實(shí)驗(yàn)室用熱電偶測(cè)溫電路

在科學(xué)研究、計(jì)量檢定等場(chǎng)合，熱電偶冷端補(bǔ)償采用冰浴法，并與電位差計(jì)配套使用。通常的做法是用冰點(diǎn)槽將冷端恒定在0℃，然后用UJ系列電位差計(jì)測(cè)量熱電勢(shì)。2/2/2023513.熱電偶串、并聯(lián)線路如圖所示。圖為(a)正向串聯(lián)；圖為(b)反向串聯(lián)；圖為(c)并聯(lián)。2/2/2023522/2/202353熱電堆1、熱電堆結(jié)構(gòu)為減少熱電偶的響應(yīng)時(shí)間，提高靈敏度，常常把輻射接受面分為若干塊，每塊接上一個(gè)熱電偶，并把這些熱電偶串接起來(lái)，形成了熱電堆。2/2/2023544.2熱電阻傳感器

利用電阻隨溫度的變化而變化的物理現(xiàn)象制成的熱電式傳感器稱為熱電阻傳感器。和熱電偶相比：①同樣溫度下，輸出信號(hào)大，易于測(cè)量。0-100℃，K型熱電偶輸出4.095mV；Pt熱電阻電阻變化39.1Ω。②熱電阻輸出的是電阻增量，熱電偶輸出的是電動(dòng)勢(shì)。③熱電偶輸出不需要外加電源，熱電阻輸出需要外加電源。④熱電阻感溫部分尺寸大，熱電偶感溫部分尺寸小。⑤同類材料熱電阻測(cè)溫上限小。2/2/202355

熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。1、熱電阻測(cè)溫原理及材料

熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開(kāi)始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。2、熱電阻的類型1）普通型熱電阻從熱電阻的測(cè)溫原理可知，被測(cè)溫度的變化是直接通過(guò)熱電阻阻值的變化來(lái)測(cè)量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來(lái)影響。2）鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為φ2--φ8mm，最小可達(dá)1mm。2/2/202356與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小，內(nèi)部無(wú)空氣隙，熱慣性小，測(cè)量滯后?。虎跈C(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；③能彎曲，便于安裝④使用壽命長(zhǎng)。3）端面熱電阻:感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。4）隔爆型熱電阻:隔爆型熱電阻通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于B1a--B3c級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。2/2/202357WZ裝配式熱電阻2/2/202358防爆熱電阻

2/2/2023594.2熱電阻傳感器4.2.1熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu)4.2.2熱電阻的結(jié)構(gòu)及測(cè)量電路2/2/2023604.2.1熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu)1.熱電阻工作原理

熱電阻就是利用物質(zhì)（一般為純金屬）的電阻隨溫度變化并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性，制成溫度傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)溫的。一般結(jié)構(gòu)如圖所示。將鉑絲繞在有鋸齒的云母骨架上，構(gòu)成感溫元件，用銀導(dǎo)線作為引出線與顯示儀表連接。2/2/202361

當(dāng)感溫元件上的熱電阻材料處于不同溫度時(shí)，感溫元件的電阻值隨溫度而變化，并呈一定的函數(shù)關(guān)系。將變化的電阻值作為信號(hào)輸入具有平衡或非平衡電橋回路的顯示儀表，即可測(cè)得被測(cè)溫度的值。2/2/202362

如圖所示為WZ系列熱電阻，是工業(yè)用熱電阻，作為溫度測(cè)量傳感器，通常和顯示儀表配套，直接測(cè)量各種生產(chǎn)過(guò)程中0~850oC范圍內(nèi)液體，蒸氣和氣體介質(zhì)以及固體表面等溫度。

特點(diǎn)：具有能彎曲，耐高壓，反應(yīng)時(shí)間快和堅(jiān)固耐用等許多特點(diǎn)。常作為溫度測(cè)量和調(diào)節(jié)型的檢測(cè)元件。2/2/2023632.常用熱電阻材料

（1）對(duì)熱電阻材料的要求如下：

①具有較大的電阻率及較高的電阻溫度系數(shù)，以便有較高的靈敏度和測(cè)量精度；

②在使用范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定；

③電阻與溫度關(guān)系特性好。電阻與溫度的函數(shù)呈單值函數(shù)（最好是呈線性關(guān)系）；對(duì)同一種材料來(lái)講，其復(fù)制性要好，以便批量生產(chǎn)。2/2/202364

（2）常用熱電阻材料

①Pt熱電阻。其物理與化學(xué)性能都非常穩(wěn)定，即使是在高溫和氧化介質(zhì)中也是如此。此外，Pt容易提純，保證它具有非常好的重現(xiàn)性能，并有高的測(cè)量精度。Pt還具有較大的電阻率（r=0.1W?mm2/m）和高的熔化溫度（1772℃），因此體積可做得較小，測(cè)溫范圍也比較寬。2/2/202365

由于Pt為貴金屬，在測(cè)量精度要求不高和測(cè)量范圍較小時(shí)，大多采用Cu電阻。②Cu熱電阻。Cu價(jià)格低廉，容易提純，在-50~150℃的溫度范圍內(nèi)化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，靈敏度高(溫度系數(shù)大)，輸出輸入特性接近線性，但其測(cè)量精度不如Pt熱電阻高，測(cè)量范圍也比Pt熱電阻小，但價(jià)格便宜。2/2/202366

其缺點(diǎn)是電阻率較Pt小，電阻絲細(xì)而長(zhǎng)，機(jī)械強(qiáng)度較差。由于Cu熱電阻的體積較大，熱慣性也較大，且當(dāng)溫度高于100℃時(shí)易被氧化，因此Cu熱電阻適用于工作在溫度較低的介質(zhì)中，適用于測(cè)量精度要求不太高、測(cè)溫范圍比較小的場(chǎng)合。Cu熱電阻的標(biāo)稱值有R0=50W及R0=100W兩種。2/2/202367常用熱電阻的特性如圖所示。2/2/202368常用熱電阻材料特性如表所示。2/2/202369圖10.132/2/202370WZ系列熱電阻2/2/2023714.2.2熱電阻的結(jié)構(gòu)及測(cè)量電路1.熱電阻的結(jié)構(gòu)

熱電阻的結(jié)構(gòu)形式有如下幾種：

（1）普通型熱電阻

工業(yè)上使用最為廣泛的熱電阻是普通型熱電阻，其外形結(jié)構(gòu)與普通型熱電偶的外形結(jié)構(gòu)基本相同，參看圖10.6。僅從外形上是難以區(qū)分二者的，但兩者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻完全不同。2/2/202372

普通型熱電偶內(nèi)部的感溫元件是熱電極，而在熱電阻中代替它們的是熱電阻體，熱電阻體的有關(guān)構(gòu)成參看圖10.13。（2）鎧裝熱電阻

鎧裝熱電阻類似于鎧裝熱電偶，它是將感溫元件焊到預(yù)先拉制好的、與保護(hù)套及絕緣材料組成一體的導(dǎo)線上，然后在外邊焊上一小段短的保護(hù)管，在感溫元件及保護(hù)管之間充填氧化鎂絕緣材料，最后在端部焊上封頭而成。2/2/202373

它具有以下優(yōu)點(diǎn)：熱慣性小，響應(yīng)速度快；耐振、抗沖擊，堅(jiān)固性好；壽命長(zhǎng)。

（3）薄膜熱電阻

它是利用真空鍍膜、化學(xué)涂層、電泳等方法，將純金屬（如Cu）蒸鍍（或沉積）于絕緣的基片上而制成，其外形有棒狀和片狀。這類熱電阻的最大優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度非常快。2/2/2023744.3熱敏電阻

原理：半導(dǎo)體材料吸收入射輻射，引起晶格振動(dòng)加劇，器件溫度升高致使器件的電阻值發(fā)生變化。利用半導(dǎo)體的電阻值與溫度呈現(xiàn)一定函數(shù)關(guān)系的原理可以制成的溫度傳感器。

典型的熱敏電阻元件有圓形、桿形和珠形等，其結(jié)構(gòu)及溫度特性如圖所示。溫度特性圖中曲線上所標(biāo)的是其室溫下的電阻值。熱敏電阻的符號(hào)如圖所示。2/2/202375熱電阻與熱敏電阻的區(qū)別是：一般熱電阻都是指金屬熱電阻（PT100）等，熱敏電阻都是指半導(dǎo)體熱電阻由于半導(dǎo)體熱電阻溫度系數(shù)要比金屬大10～100倍以上，能檢測(cè)出10-6℃的溫度變化，而且電阻值可在0.1～100kΩ間任意選擇。所以稱為熱敏電阻，但是熱敏電阻阻值隨溫度變化的曲線呈非線性，而且每個(gè)相同型號(hào)的線性度也不一樣，并且測(cè)溫范圍比較小。所以工業(yè)上一般用金屬熱電阻~也就是我們平常所說(shuō)的熱電阻，而熱敏電阻一般用在電路板里，比如可以類似于一個(gè)保險(xiǎn)絲。由于其阻值隨溫度變化大，可以作為保護(hù)器使用。當(dāng)然這只是一方面，它的用途也很多，如熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償就是靠熱敏電阻來(lái)補(bǔ)償，另外，由于其阻值與溫度的關(guān)系非線性嚴(yán)重，所以元件的一致性很差，并不能像熱電阻一樣有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。2/2/2023761.熱敏電阻的特點(diǎn)

①電阻溫度系數(shù)大，約為金屬電阻的10～100倍，靈敏度高；②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，熱慣性小，可以用來(lái)測(cè)定點(diǎn)溫度及變化溫度。元件尺寸可做到直徑為0.2mm，能夠測(cè)出一般溫度計(jì)無(wú)法測(cè)量的空隙、腔體、內(nèi)孔、生物體血管等處的溫度；③使用壽命長(zhǎng)；電阻率高，適宜作動(dòng)態(tài)測(cè)量。④利用半導(dǎo)體摻雜技術(shù)，可以測(cè)量42～100K之間的溫度，是一種重要的低溫傳感器。⑤使用方便，電阻值可在0.1~100kW之間任意選擇。其不足之處是互換性差，離散性嚴(yán)重。2/2/202377熱敏電阻的特性

（1）近年來(lái)研制的玻璃封裝熱敏電阻具有較好的耐熱性、可靠性和頻響特性。如圖所示為玻璃封裝熱敏電阻的結(jié)構(gòu)示意圖。它適用于作高性能溫度傳感器的熱敏器件。當(dāng)溫度由125℃上升到300℃時(shí)，響應(yīng)時(shí)間由30s加快到6s，工作穩(wěn)定性由±5%改善為±(3~1)%。2/2/202378

（2）氧化物熱敏電阻的靈敏度都比較高，但只能在低于300℃時(shí)工作。用硼的鹵化物與氫還原研制的硼熱敏電阻，在700℃高溫時(shí)仍能滿足靈敏度、互換性、穩(wěn)定性的要求?？捎糜跍y(cè)量液體流速、壓力成分等。

（3）負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的特性曲線非線性嚴(yán)重。近期研制的CdO-Sb2O3-WO3和CdO-Sn2O3-WO3兩種熱敏電阻，在-100~300℃溫度范圍內(nèi)，特性曲線呈線性關(guān)系，解決了負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻存在的非線性問(wèn)題。2/2/202379

（4）近年來(lái)發(fā)現(xiàn)四氰醌二甲烷有機(jī)半導(dǎo)體材料具有電阻率隨溫度迅速變化的特性，如圖所示。當(dāng)溫度自低溫上升至TH時(shí)，因電阻率迅速下降，使電阻值相應(yīng)減小，直至溫度等于或高于TH時(shí)，電阻值變?yōu)镽0。當(dāng)溫度自高溫下降至TH附近直至TH時(shí)，電阻率變化較小，電阻值變化不大。當(dāng)溫度繼續(xù)下降至TL時(shí)，由于電阻率迅速增加，電阻值達(dá)到Rp。2/2/202380利用上述特性可制成定時(shí)器，通過(guò)保持材料的溫度在TH與TL之間，即可使定時(shí)時(shí)間限制在R0至Rp的持續(xù)時(shí)間里。這種有機(jī)材料不僅可制成厚膜，還可以制成薄膜或壓成桿形。用它制成的電子定時(shí)元件，具有定時(shí)時(shí)間寬（從數(shù)秒~數(shù)十小時(shí)）、體積小、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。2/2/2023812.熱敏電阻的結(jié)構(gòu)形式

熱敏電阻是用一些金屬氧化物，按一定的比例混合進(jìn)行研磨，摻入一定的粘合劑成型，再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。采用不同的封裝形式，熱敏電阻可制成珠狀、圓片形、片形、桿狀等各種形狀，如圖所示。作為感溫元件通常選用珠狀和圓片形。一些型號(hào)的熱敏電阻如圖所示。2/2/202382熱敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖2/2/202383熱敏電阻結(jié)構(gòu)2/2/202384不同材料熱敏電阻的溫度曲線2/2/2023853．熱敏電阻的主要特性

熱敏電阻主要有三種類型，即正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻及在某一特定溫度下電阻值會(huì)發(fā)生突變的臨界溫度熱敏電阻器(CTR)。

如圖所示，為幾種不同材料的熱敏電阻的溫度特性。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻應(yīng)用較為普遍。2/2/202386(1)溫度特性①正溫度系數(shù)（PTC）型熱敏電阻。正溫度系數(shù)（PTC）型熱敏電阻是由在BaTiO3和SrTiO3為主的成分中加入少量Y2O3(化學(xué)名稱是三氧化二釔,白色略帶黃色粉末。熔點(diǎn):2415℃;相對(duì)密度:5.01;溶解性:不溶于水和堿,溶于礦物酸)。

和Mn2O3構(gòu)成的燒結(jié)體。其特性曲線是隨溫度升高而阻值增大，其色標(biāo)標(biāo)記為紅色。開(kāi)關(guān)型正溫度系數(shù)熱敏電阻在居里點(diǎn)附近阻值發(fā)生突變，有斜率最大的區(qū)段;2/2/202387

通過(guò)成分配比和添加劑的改變，可使其斜率最大的區(qū)段處在不同的溫度范圍里，例如加入適量鉛其居里溫度升高；若將鉛換成鍶，其居里溫度下降。正溫度系數(shù)的熱敏電阻，其溫度系數(shù)從常溫到居里點(diǎn)以前是負(fù)值，一旦過(guò)了居里點(diǎn)，其電阻值就迅速增加，溫度系數(shù)變?yōu)檎?，直到達(dá)到最高電阻值之后，又開(kāi)始平緩地變?yōu)樨?fù)溫度系數(shù)。2/2/202388因此，使處于低阻態(tài)的元件通過(guò)額定電流后，元件迅速升溫，而處于高阻態(tài)，可起到限流作用。利用它的限流特性已制成彩電自動(dòng)消磁器、馬達(dá)啟動(dòng)裝置以及現(xiàn)代汽車中的“軟”啟動(dòng)裝置。目前已越來(lái)越多地應(yīng)用于日常生活中，如房間溫度調(diào)節(jié)器、熒光燈電子鎮(zhèn)流器、可恢復(fù)保險(xiǎn)絲等。2/2/202389

②臨界型（CTR）熱敏電阻。如果用V、Ge、W、P等的氧化物在弱還原氣氛中形成半玻璃狀燒結(jié)體，可制成臨界型（CTR）熱敏電阻;它是負(fù)溫度系數(shù)型，但在某個(gè)溫度范圍里阻值急劇下降，曲線斜率在此區(qū)段特別陡峭，靈敏度極高，其色標(biāo)標(biāo)記為白色。此特性可用于自動(dòng)控溫和報(bào)警電路中。2/2/202390

③負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)(NTC)型半導(dǎo)體熱敏電阻研究最早，生產(chǎn)最成熟，是應(yīng)用最廣泛的熱敏電阻之一;通常是一種氧化物的復(fù)合燒結(jié)體，特別適合于-100～300℃之間的溫度測(cè)量，其色標(biāo)標(biāo)記為綠色，其阻值與溫度的關(guān)系為2/2/202391

式中，RT是溫度為T時(shí)的阻值，單位為Ω；T為溫度，單位是K；A、B為取決于材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的常數(shù)，其中A的量綱為W，B的量綱為K。由上面的關(guān)系式不難得到下式式中，RT為任意溫度T時(shí)熱敏電阻的阻值，T為任意溫度，RT0為標(biāo)準(zhǔn)溫度T0時(shí)的阻值，B稱為負(fù)溫度材料系數(shù)，也稱為B常數(shù)。2/2/202392上式是經(jīng)驗(yàn)公式。實(shí)驗(yàn)表明，無(wú)論是用氧化物還是用單晶做成的熱敏電阻，在不太寬的溫度范圍內(nèi)(小于400℃)都能用上式描述。

這里應(yīng)該指出，B常數(shù)不是固定值，是溫度T的函數(shù)，即B=f(T)，如圖所示。不同廠家生產(chǎn)的熱敏電阻B值都不一樣，從上式可求出B常數(shù)為2/2/202393

如果被測(cè)溫度比較低，而且不需要很高的精度時(shí)，一般把B看成一個(gè)常數(shù)，求出溫度或熱敏電阻的阻值。這時(shí)計(jì)算溫度的公式為2/2/202394熱敏電阻的溫度系數(shù)為

例3已知某負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，在溫度為298K時(shí)阻值RT1=3144W；當(dāng)溫度為303K時(shí)阻值RT2=2772W。試求該熱敏電阻的材料常數(shù)B和298K時(shí)的電阻溫度系數(shù)a是多少?解按前式求得B=2275K，溫度系數(shù)為2/2/202395

(2)熱敏電阻的伏安特性熱敏電阻兩端電壓與通過(guò)熱敏電阻的電流之間的關(guān)系稱為熱敏電阻的伏安特性。當(dāng)通過(guò)熱敏電阻的電流很小時(shí)，遵循歐姆定律；當(dāng)電流增大時(shí)，熱敏電阻自身開(kāi)始發(fā)熱，出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)（NTC型）。如圖所示。2/2/202396

(3)熱敏電阻的安時(shí)特性

流過(guò)熱敏電阻的電流與時(shí)間的關(guān)系，稱為安時(shí)特性，如圖所示。它表示熱敏電阻在不同電壓下，電流達(dá)到穩(wěn)定最大值所需要的時(shí)間。2/2/202397熱敏電阻2/2/202398四氰醌二甲烷特性2/2/202399熱敏電阻的結(jié)構(gòu)形式2/2/2023100熱敏電阻1高分子PTC熱敏電阻SMD熱敏電阻

2/2/2023101熱敏電阻2特點(diǎn)：

玻璃封裝、耐熱、小型化、穩(wěn)定性和可靠性高，適用于自動(dòng)插件機(jī)安裝，性價(jià)比高、經(jīng)濟(jì)。應(yīng)用范圍：

電磁爐、電熱水器、電飯煲、電烤箱、消毒柜、飲水機(jī)、洗碗機(jī)等化工設(shè)備、食品加工設(shè)備中溫度測(cè)控，手機(jī)電池及充電器。MF58型熱敏電阻2/2/2023102熱敏電阻3MF55系列絕緣薄膜NTC熱敏電阻器CMF片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器

MF74超大功率型NTC熱敏電阻器2/2/2023103熱敏電阻4MF72功率型NTC熱敏電阻器MF73超大功率型NTC熱敏電阻器2/2/2023104熱敏電阻5MF11、MF12補(bǔ)償型NTC熱敏電阻器MF57型水箱溫度感應(yīng)塞專用NTC熱敏電阻器2/2/2023105熱敏電阻6MF51玻封高精密測(cè)溫型NTC熱敏電阻器MF52珠狀精密型NTC熱敏電阻器2/2/2023106圖10.152/2/2023107B常數(shù)2/2/2023108熱敏電阻與熱電偶的區(qū)別熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一.熱電偶測(cè)溫基本原理:將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)溫差電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。

熱敏電阻則是用半導(dǎo)體材料制作的電阻，主要有兩種：一種是隨溫度上升而電阻下降,叫負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻,另一種是隨溫度上升電阻也上升,叫正溫度系數(shù)熱敏電阻。

2/2/2023109嚴(yán)格來(lái)說(shuō)所有電阻對(duì)溫度都會(huì)有響應(yīng)，金屬電阻一般是正溫度系數(shù)，也就是說(shuō)溫度越高電阻越高而熱敏電阻分正溫度系數(shù)和負(fù)溫度系數(shù)兩種，正的是隨溫度升高而升高，負(fù)的相反光敏電阻對(duì)光比較敏感，對(duì)溫度不是很敏感，但是也是隨溫度升高電阻減小一般來(lái)說(shuō)照度增加電阻減小2/2/20231104.5熱電式傳感器應(yīng)用舉例

熱電式傳感器在實(shí)際中有很多應(yīng)用。

4.5.1測(cè)溫?zé)犭娕?/p>

4.5.2氣體成分分析

4.5.3熱敏電阻式過(guò)熱保護(hù)繼電器

4.5.4AD590溫度傳感器在遠(yuǎn)距離檢測(cè)中的應(yīng)用

4.5.5用熱敏電阻測(cè)量流量

4.5.6鎧裝鉑電阻液位測(cè)量傳感器

4.5.7其他測(cè)溫傳感器2/2/20231114.5.1測(cè)溫?zé)犭娕荚谑褂弥校恍鑼犭娕嫉睦涠伺c集成溫度傳感器AD590置于同一環(huán)境中，不論環(huán)境溫度如何改變，均可在電路的輸出端得到正比于熱電偶工作端溫度的電壓值。

如圖所示是這種冷端溫度補(bǔ)償電路的原理圖，圖中，A1、A2、A3三個(gè)集成運(yùn)放構(gòu)成數(shù)據(jù)放大器，以放大熱電偶的熱電勢(shì)E；2/2/2023112

運(yùn)放A5是一同相比例運(yùn)算電路，它把AD590正比于環(huán)境溫度的電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)Uo2；運(yùn)放A4是一反相輸入求和電路，該電路對(duì)Uo1、Uo2求和，抵消隨環(huán)境溫度變化的成分，使輸出電壓Uo正比于熱電偶工作端的溫度。2/2/2023113圖4.12/2/20231144.5.2氣體成分分析

如圖所示為元素分析儀氣體成分分析原理圖。它主要由四個(gè)外殼用相同材料制成的分析室組成。氣體成分分析室結(jié)構(gòu)如圖所示。分析室Rk1和Rk2為參考室，室內(nèi)充入潔凈的空氣，另外兩個(gè)分析室Rx1和Rx2內(nèi)充入被分析的混合氣體，四個(gè)分析室組成橋路。2/2/2023115

工作時(shí)先將惰性氣體通入分析室，使電橋達(dá)到平衡，而后使被測(cè)混合氣體進(jìn)入分析室，電橋失去平衡，其不平衡輸出是混合氣體成分的函數(shù)。氣體的導(dǎo)熱系數(shù)與氣體成分的濃度有關(guān)。導(dǎo)熱系數(shù)不同，散熱情況不同，熱電阻溫度不同。對(duì)于相互不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的混合氣體，其導(dǎo)熱系數(shù)為各氣體導(dǎo)熱系數(shù)的平均值。2/2/2023116

設(shè)氫氣的導(dǎo)熱系數(shù)為l1、氣體的百分?jǐn)?shù)含量為a，氮?dú)獾膶?dǎo)熱系數(shù)為l2，兩種混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)為l，則2/2/2023117

氫氣和氮?dú)獾膶?dǎo)熱系數(shù)已知，只要測(cè)出l，就可獲得氫氣的百分?jǐn)?shù)含量a，進(jìn)而獲得氮?dú)獾陌俜謹(jǐn)?shù)含量(1-a)。大量實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算表明，熱電阻阻值與氣體的導(dǎo)熱系數(shù)在一定范圍內(nèi)成線性關(guān)系。通過(guò)測(cè)量熱電阻阻值就可求得氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，也就間接求得氮、氫氣體的百分?jǐn)?shù)含量。2/2/2023118圖4.22/2/2023119氣體成分分析室結(jié)構(gòu)2/2/20231204.5.3熱敏電阻式過(guò)熱保護(hù)繼電器

如圖所示是一種應(yīng)用熱敏電阻組成的電機(jī)過(guò)熱保護(hù)線路。三只特性相同的RC6型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻Rs1、Rs2、Rs3(阻值20℃時(shí)為10kW；100℃時(shí)為1kW；110℃時(shí)為0.6kW)串聯(lián)在一起，固定在電機(jī)三線繞組附近。2/2/2023121

當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，溫度較低，熱敏電阻阻值較高，三極管不導(dǎo)通，繼電器J不吸合。當(dāng)電機(jī)過(guò)載或其中一相與地短路時(shí)，電機(jī)繞組溫度劇增，熱敏電阻阻值相應(yīng)減少，三極管導(dǎo)通，繼電器J吸合，電機(jī)電路被斷開(kāi)，起到過(guò)熱保護(hù)作用。

2/2/2023122圖4.32/2/20231234.5.4AD590溫度傳感器在遠(yuǎn)距離檢測(cè)中的應(yīng)用

如圖所示電路可測(cè)量300m內(nèi)某點(diǎn)的溫度，由于使用了屏蔽的絞合電纜及在電纜兩端串、并了電阻R=1kW和電容C=0.33mF;實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，輸出噪音峰-峰值只有10mV，能夠有效的消除噪音和干擾。

圖中令A(yù)D590的輸出電流流過(guò)1kW電阻，產(chǎn)生電壓1mV/K，并將其接AD524儀表放大器的同相輸入端，2/2/2023124AD580作基準(zhǔn)電壓輸出2.5V，用電阻分壓到273.2mV，接儀表放大器的反相輸入端;因?yàn)锳D590直接測(cè)量絕對(duì)溫度（標(biāo)稱輸出為1mA/K），為了以攝氏度讀出，其輸出必須以273.2mA偏置，與AD580輸出的電阻分壓值疊加后，AD524將差值放大100倍，其輸出量程-0.55V~+10V(100mV/℃)直接對(duì)應(yīng)-5.5～+100℃。2/2/2023125圖4.42/2/20231264.5.5用熱敏電阻測(cè)量流量

應(yīng)用熱敏電阻測(cè)量管道流量的工作原理如圖所示，Rt1、Rt2為熱敏電阻，Rt1放入被測(cè)流量管道中，Rt2放入不受流體流速影響的容器內(nèi)，R1、R2為一般電阻，四個(gè)電阻組成橋路。當(dāng)流體靜止時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，電流計(jì)沒(méi)有指示。當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，Rt1上的熱量被帶走。Rt1因溫度變化引起阻值變化，電橋失去平衡，電流計(jì)出現(xiàn)指示，其值與流速成正比。2/2/2023127用熱敏電阻測(cè)量流量2/2/20231284.5.6鎧裝鉑電阻液位測(cè)量傳感器

傳感器由2只標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)Pt100和Pt10組成，2只溫度計(jì)的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)完全相同，如圖所示。2/2/2023129

由R1、R2和Pt100、Pt10組成一測(cè)量電橋，Uab為電橋輸出電壓(mV)。當(dāng)工作電流很小時(shí)，Pt100和Pt10的溫度相同(此時(shí)Pt100與Pt10的溫升可以忽略)，輸出電壓Uab為0。當(dāng)傳感器用于探測(cè)液面位置時(shí)，適當(dāng)增大工作電流，2只鉑電阻溫度計(jì)都將發(fā)熱升溫，其溫度都將高于周圍介質(zhì)溫度。2/2/20231304.5.6鎧裝鉑電阻液位測(cè)量傳感器

雖然通過(guò)Pt100和Pt10的工作電流相同，但由于其阻值相差約10倍，發(fā)熱功率相差也約為10倍，因而Pt100與Pt10的溫升不同，導(dǎo)致其電阻值的增長(zhǎng)幅度不同，從而電橋上的輸出電壓不為0。傳感器浸沒(méi)于水中的散熱系數(shù)遠(yuǎn)大于其裸露在蒸汽中的散熱系數(shù)。當(dāng)鉑電阻溫度計(jì)Pt100、Pt10完全浸沒(méi)于水中時(shí)，如圖(a)所示，2/2/2023