傳感器與檢測(cè)技術(shù)課件第六章溫度傳感器2

熱電阻式傳感器金屬熱電阻式熱敏電阻式一、金屬熱電阻式溫度傳感器熱電阻是利用導(dǎo)體材料的電阻隨溫度變化而變化的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量的。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。取一只100W/220V燈泡，用萬(wàn)用表測(cè)量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484

。一、金屬熱電阻式溫度傳感器一、金屬熱電阻式溫度傳感器基本原理金屬導(dǎo)體增加電壓后，使其內(nèi)部雜亂無(wú)章運(yùn)動(dòng)的自由電子形成有規(guī)律的定向運(yùn)動(dòng)，而使導(dǎo)體導(dǎo)電。當(dāng)溫度升高時(shí)，由于自由電子獲得較多能量，能從定向運(yùn)動(dòng)中掙脫出來(lái)，從而定向運(yùn)動(dòng)被削弱，導(dǎo)電率降低，電阻率增大。我們稱(chēng)其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢(shì)相同。電阻溫度系數(shù)要大；電阻率盡可能大，熱容量要小；在測(cè)量范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能；電阻與溫度的關(guān)系最好接近于線性；應(yīng)有良好的可加工性，且價(jià)格便宜。一、金屬熱電阻式溫度傳感器對(duì)熱電阻的材料要求易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻一、金屬熱電阻式溫度傳感器當(dāng)前工業(yè)測(cè)溫廣泛使用鉑電阻、銅電阻和鎳電阻一、金屬熱電阻式溫度傳感器0~850℃-200℃~0℃其中，Rt、R0——溫度為t℃和0℃時(shí)的電阻；

α1、α2

、α3

為常數(shù)：

α1=3.96847×10-2/℃

α2=-5.847×10-7/℃2

α3

=-4.22×10-12/℃4分度表——R0=50和100時(shí)的Rt

–t關(guān)系鉑電阻鉑的物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高、電阻率較高;鉑熱電阻使用范圍是－200℃～+850℃。除作為溫度標(biāo)準(zhǔn)外，還廣泛用于高精度的工業(yè)測(cè)量。一、金屬熱電阻式溫度傳感器鉑電阻當(dāng)前工業(yè)測(cè)溫廣泛使用鉑電阻、銅電阻和鎳電阻鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關(guān).W（100）越高，表示鉑絲純度越高，國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，W（100）≥1.3925目前技術(shù)水平已達(dá)到W（100）＝1.3930，工業(yè)用鉑電阻的純度W（100）為1.387～1.390。一、金屬熱電阻式溫度傳感器鉑電阻國(guó)內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻，W（100）≥1.391。薄膜型及普通型鉑熱電阻小型鉑熱電阻防爆型鉑熱電阻利用間隙隔爆原理，設(shè)計(jì)具有足夠強(qiáng)度的接線盒等部件，將所有會(huì)產(chǎn)生火花、電弧和危險(xiǎn)溫度的零部件都密封在接線盒內(nèi)，當(dāng)腔內(nèi)發(fā)生爆炸時(shí)，能通過(guò)接合面間隙熄火和冷卻，使爆炸后的火焰和溫度不傳到腔外。

一、金屬熱電阻式溫度傳感器銅電阻由于鉑是貴重金屬，在精度要求不高的場(chǎng)合和測(cè)溫范圍較小

時(shí)，普遍使用銅電阻。銅價(jià)格低廉，在-50～150℃范圍內(nèi)，銅電阻化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，輸出—輸入特性接近線性。其中，α1=4.28899×10-3/℃

α2=-2.133×10-7/℃2

α3=-1.233×10-9/℃3一、金屬熱電阻式溫度傳感器銅電阻汽車(chē)用水溫傳感器及水溫表(銅熱電阻)銅熱電阻一、金屬熱電阻式溫度傳感器其它熱電阻銦電阻：高精度低溫，在4.2~15K，靈敏度是鉑的10倍。錳電阻：阻值隨溫度變化大，可在（275~336）℃溫度范圍

內(nèi)使用。但質(zhì)脆易損壞。鎳電阻：靈敏度高，但熱穩(wěn)定性差。一、金屬熱電阻式溫度傳感器熱電阻的結(jié)構(gòu)主要由不同材料的電阻絲繞制而成，為了避免

通過(guò)交流電時(shí)產(chǎn)生感抗，或有交變磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在

繞制時(shí)采用雙線無(wú)感繞法。由于通過(guò)這兩股導(dǎo)線的電流方向相反，從而使其產(chǎn)生的磁通相互抵消。鉑熱電阻銅熱電阻一、金屬熱電阻式溫度傳感器熱電阻的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路（1）兩線制由于金屬熱電阻本身的阻值很小，所以引線電阻及其隨長(zhǎng)度和溫度的變化就不能忽略。如引線從100m增長(zhǎng)到200m時(shí)，r也增加一倍，使原已經(jīng)調(diào)好平衡的電橋失去平衡，需要重新調(diào)零。又如，在測(cè)量過(guò)程中，引線電纜受環(huán)境影響（溫度升高），銅質(zhì)電纜線的電阻也會(huì)升高，疊加在Rt上，引起測(cè)量誤差。一、金屬熱電阻式溫度傳感器熱電阻的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路（2）三線制為了消除引線電阻的影響，通常采用三限制接法，其中兩根介入電橋相鄰

臂，引線長(zhǎng)度變化不影響電橋平衡。另外一條與激勵(lì)電源相連，也不影響電橋平衡。一、金屬熱電阻式溫度傳感器熱電阻的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路（3）四線制熱電阻有四根引線，其中兩根引線與恒流源相連，讓熱電阻Rt流過(guò)已知電流I;另外兩根引線將熱電阻上壓降Ut引到電位差計(jì)的測(cè)量端。Rt=Ut/I。由于是在電位差計(jì)平衡時(shí)讀數(shù)，電位差計(jì)不取電流，因此兩根測(cè)量引線沒(méi)有電流流過(guò)，從而完全消除了引線電阻變化對(duì)測(cè)溫的影響。四線制接法適用于精密測(cè)溫用的熱電阻，通常在實(shí)驗(yàn)室測(cè)溫和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)工作中使用電位差計(jì)二、熱敏電阻式溫度傳感器熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而顯著變化的特性實(shí)現(xiàn)測(cè)溫的。半導(dǎo)體熱敏電阻有很高的電阻溫度系數(shù)，其靈敏度比熱電阻高得多。而且體積可以做得很小，故動(dòng)態(tài)特性好，特別適于在-100℃～300℃之間測(cè)溫。熱敏電阻的缺點(diǎn)是互換性較差，另外其熱電特性是非線性的。熱敏電阻是由一些金屬氧化物，如鈷（Co）、錳（Mn）、鎳（Ni）等的氧化物采用不同比例配方，高溫?zé)Y(jié)而成。其形狀有珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等。（b）片狀（c）桿狀（d）墊圈狀熱敏電阻的結(jié)構(gòu)類(lèi)型（a）珠狀玻璃殼熱敏電阻引線二、熱敏電阻式溫度傳感器熱敏電阻外形

MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻二、熱敏電阻式溫度傳感器玻璃封裝NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻熱敏電阻外形

二、熱敏電阻式溫度傳感器帶安裝孔的熱敏電阻大功率PTC熱敏電阻熱敏電阻外形

二、熱敏電阻式溫度傳感器

貼片式NTC熱敏電阻熱敏電阻外形

二、熱敏電阻式溫度傳感器

MF58型（珠形）高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻（參考深圳科蓬達(dá)電子有限公司資料）熱敏電阻外形

二、熱敏電阻式溫度傳感器非標(biāo)熱敏電阻熱敏電阻外形

二、熱敏電阻式溫度傳感器二、熱敏電阻式溫度傳感器在低溫下，電子-空穴濃度很低，故電阻率很大，隨著溫度的升高，電子-空穴的濃度按指數(shù)規(guī)律增加，電阻率逐漸減小，其

阻溫特性為：熱敏電阻的測(cè)溫機(jī)理：R0——溫度為T(mén)0時(shí)的電阻值（Ω）RT——溫度為T(mén)時(shí)的電阻值（Ω）T——熱力學(xué)溫度（K）B——熱敏電阻系數(shù)（與熱敏電阻材料及工藝有關(guān)）習(xí)題一熱敏電阻在0℃和40℃時(shí)，電阻值分別為100kΩ和10kΩ，試求其熱敏電阻常數(shù)B正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻;負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻;臨界溫度電阻器（CTR）熱敏電阻二、熱敏電阻式溫度傳感器按照不同的物理特性，熱敏電阻可分為在測(cè)量范圍內(nèi)，其阻值隨溫度增加，最高溫度不超過(guò)140℃阻值隨溫度增加而下降，一般用于（-50~300）℃的溫度

測(cè)量在某一特定溫度下電阻值會(huì)發(fā)生突變，因此不適于較寬溫度范圍內(nèi)的測(cè)量。正溫度系數(shù)（PTC）負(fù)溫度系數(shù)（NTC）臨界溫度電阻器（CTR）二、熱敏電阻式溫度傳感器按照不同的物理特性，熱敏電阻可分為各種熱敏電阻的特性曲線1—突變型NTC2—負(fù)溫度NTC3—線性型PTC4—突變型PTC溫度的測(cè)量溫控開(kāi)關(guān)電路二、熱敏電阻式溫度傳感器由于熱敏電阻與溫度的關(guān)系呈較強(qiáng)的非線性，使得它的測(cè)溫范圍

和精度受到一定的限制。為了解決這兩方面問(wèn)題，常利用溫度系數(shù)很小的金屬電阻與熱敏電阻串聯(lián)或并聯(lián)，使熱敏電阻在一定范圍呈線性關(guān)系。各種熱敏電阻的特性曲線1—突變型NTC2—負(fù)溫度NTC3—線形型PTC4—突變型PTC溫度的測(cè)量溫控開(kāi)關(guān)電路電阻網(wǎng)絡(luò)（線性化網(wǎng)絡(luò)）：精密電阻與熱敏電阻串、并聯(lián)1、串聯(lián)法ATR2、并聯(lián)法TRNTC的線性化處理熱敏電阻的應(yīng)用1）熱敏電阻測(cè)溫?zé)崦綦娮梵w溫表原理圖用于測(cè)量溫度的熱敏電阻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。沒(méi)有外保護(hù)層的熱敏電阻只能用于干燥的環(huán)境中，在潮濕、腐蝕性等惡劣環(huán)境下只能用密封的熱敏電阻。如：右圖為熱敏電阻測(cè)量溫度的電路圖。熱敏電阻的應(yīng)用1）熱敏電阻測(cè)溫?zé)崦綦娮梵w溫表原理圖測(cè)量時(shí)先對(duì)儀表進(jìn)行標(biāo)定。將絕緣的熱敏電阻放入32℃（表頭的零位）的溫水中，待熱量平衡后，調(diào)節(jié)RP1，使指針在32℃上，再加熱水，用更高一級(jí)的溫度計(jì)監(jiān)測(cè)水溫，使其上升到45℃。待熱量平衡后，調(diào)節(jié)RP2，使指針指在45℃