傳感器與檢測(cè)技術(shù)電阻式溫度傳感器

04電數(shù)字式體溫計(jì)

電阻式溫度傳感器地測(cè)試項(xiàng)目描述數(shù)字式體溫計(jì)是利用電阻式溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),然后通過(guò)顯示器(如液晶,數(shù)碼管,LED矩陣等)以數(shù)字形式顯示溫度,能快速準(zhǔn)確地測(cè)量體溫度。與傳統(tǒng)地水銀體溫計(jì)相比,具有讀數(shù)字方便,測(cè)量時(shí)間短,測(cè)量精度高,能記憶并有提示音等優(yōu)點(diǎn),尤其是數(shù)字體溫計(jì)不含水銀,對(duì)體及周圍環(huán)境無(wú)害特別適合于醫(yī)院,家庭使用,如圖4-1所示。通過(guò)本項(xiàng)目地學(xué)習(xí),主要給大家介紹電阻式溫度傳感器（也稱為熱電阻傳感器）地工作原理及常見(jiàn)地?zé)犭娮鑲鞲衅鳌Ｒ?溫度測(cè)量地基本概念溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)地劇烈程度。溫度越高,表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。模擬圖:在一個(gè)密閉地空間里,氣體分子在高溫時(shí)地運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！低溫高溫二,溫標(biāo)1,溫度地?cái)?shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度地讀數(shù)地起點(diǎn)（即零點(diǎn)）以及溫度地單位。各類溫度計(jì)地刻度均由溫標(biāo)確定。2,際上規(guī)定地溫標(biāo)有:攝氏溫標(biāo),氏溫標(biāo),熱力學(xué)溫標(biāo)等。幾種溫標(biāo)地對(duì)比正常體溫為37C,相當(dāng)于氏溫度多少度？知識(shí)準(zhǔn)備一,熱電阻傳感器熱電阻傳感器可分為金屬熱電阻與半導(dǎo)體熱電阻兩大類,前者通常簡(jiǎn)稱為熱電阻,后者稱為熱敏電阻。下面介紹金屬熱電阻傳感器。（一）金屬熱電阻地工作原理金屬熱電阻是利用電阻與溫度成一定函數(shù)關(guān)系地特性,由金屬材料制成地感溫元件。當(dāng)被測(cè)溫度變化時(shí),導(dǎo)體地電阻隨溫度變化而變化,通過(guò)測(cè)量電阻值變化地大小而得出溫度變化地情況及數(shù)值大小,這就是熱電阻測(cè)溫地基本工作原理。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)算得到地額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484。

（二）常用熱電阻及特性常用熱電阻材料有鉑,銅,鐵與鎳等,它們地電阻溫度系數(shù)在

(3～6)×10?3/℃范圍內(nèi),下面分別介紹它們地使用特性。1．鉑電阻又稱白金,是目前公認(rèn)地制造熱電阻地最好材料。它地優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定,重復(fù)性好,測(cè)量精度高,其電阻值與溫度之間有很近似地線性關(guān)系。缺點(diǎn)是電阻溫度系數(shù)小,價(jià)格較高。鉑電阻主要用于制成標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)當(dāng)溫度t在?200℃～0℃范圍內(nèi)時(shí),鉑地電阻值與溫度地關(guān)系可表示為當(dāng)溫度t在0℃～850℃范圍內(nèi)時(shí),鉑地電阻值與溫度地關(guān)系為R0為溫度為0℃時(shí)地電阻值;Rt為溫度為t℃時(shí)地電阻值這些常數(shù)規(guī)定為;A=3.97×10-13/℃B=-5.85×10-7/℃2C=-4.22×10-12/℃4特點(diǎn):精度高,穩(wěn)定性好,性能可靠。測(cè)溫范圍廣。結(jié)構(gòu):用很細(xì)地鉑絲繞在云母片制成地平板性支架上,鉑絲繞組地出線端與銀絲引出線相焊,并穿上瓷套管加以絕緣與保護(hù)。微型鉑電阻:特點(diǎn)是體積小,熱慣性小氣密性好熱電阻地結(jié)構(gòu)電阻絲采用雙線并繞法繞制在具有一定形狀地云母,石英或陶瓷塑料支架上,支架起支撐與絕緣作用。感溫元件結(jié)構(gòu)

鎧裝熱電阻優(yōu)點(diǎn):①外徑尺寸?。蛇_(dá)Φ1.0mm）,熱慣性小,響應(yīng)速度快;②機(jī)械性能好,耐振動(dòng)與沖擊;③可繞性好,適應(yīng)面寬; ④閉封性好,壽命長(zhǎng)鎧裝式鉑電阻外保護(hù)套管采用不銹鋼,內(nèi)充滿高密度氧化物絕緣體,因此具有很強(qiáng)地抗污染性能與優(yōu)良地機(jī)械強(qiáng)度,適合安裝在環(huán)境惡劣地場(chǎng)合。鎧裝式鉑電阻比裝配式鉑電阻直徑小,易彎曲,抗震性好,適宜安裝在裝配式鉑電阻無(wú)法安裝地場(chǎng)合?？芍苯佑勉~導(dǎo)線與二次儀表相連接使用。由于它具有良好地電輸出特性,可為顯示儀,記錄儀,調(diào)節(jié)器,掃描器,數(shù)據(jù)記錄儀以及計(jì)算機(jī)提供準(zhǔn)確地溫度變化信號(hào)。薄膜鉑熱電阻元件,把金屬鉑研制成粉漿,采用先進(jìn)地激光噴濺薄膜技術(shù),及光刻法與干燥蝕刻法把鉑附著在陶瓷基片上形成膜,引線經(jīng)過(guò)激光調(diào)阻制成。鉑金屬地長(zhǎng)期穩(wěn)定性,可重復(fù)操作性,快速響應(yīng)及較寬地工作溫度范圍等特性使其能夠適合多種應(yīng)用。薄膜型及普通型鉑熱電阻

小型鉑熱電阻

防爆型鉑熱電阻

目前內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)地工業(yè)用鉑電阻地R0值有46Ω,100Ω等幾種,并將R0與t相應(yīng)關(guān)系列成表格形式,稱為分度表2．銅電阻銅電阻地特點(diǎn)是價(jià)格便宜,純度高,重復(fù)性好,電阻溫度系數(shù)大,α=(4.25～4.28)×10?3/℃（鉑地電阻溫度系數(shù)在0℃～100℃地平均值為3.9×10?3/℃）,其測(cè)溫范圍為?50℃～+150℃,當(dāng)溫度再高時(shí),裸銅就氧化了。銅熱電阻地主要缺點(diǎn)是電阻率?。▋H為鉑地一半左右）,所以制成一定電阻時(shí)與鉑材料相比,銅電阻要細(xì),造成機(jī)械強(qiáng)度不高,或要長(zhǎng)則體積較大,而且銅電阻容易氧化,測(cè)溫范圍小,銅電阻地R0值有50Ω與100Ω兩種。分度號(hào)分別為Cu50,Cu100。銅熱電阻地特點(diǎn)銅熱電阻地電阻溫度系數(shù)較大,線性性好,價(jià)格便宜。缺點(diǎn):電阻率較低,電阻體地體積較大,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(méi)有浸蝕性地介質(zhì)。汽車用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻3．其它熱電阻除了鉑與銅熱電阻外,還有鎳與鐵材料地?zé)犭娮?。鎳與鐵地電阻溫度系數(shù)大,電阻率高,可用于制成體積大,靈敏度高地?zé)犭娮?。但由于容易氧?化學(xué)穩(wěn)定性差,不易提純,重復(fù)性與線性度差,目前應(yīng)用還不多。鎳使用溫度范圍是-50～100℃與-50～150℃。但目前應(yīng)用較少:鎳非線性嚴(yán)重,材料提取也困難。但靈敏度都較高,穩(wěn)定性好,在自動(dòng)恒溫與溫度補(bǔ)償方面地應(yīng)用較多。（我定為標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻）銦電阻適宜在-269～-258℃溫度范圍內(nèi)使用,測(cè)溫精度高,靈敏度是鉑電阻地10倍,但是復(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,但是質(zhì)脆易損壞。碳電阻適宜在-273～-268.5℃溫度范圍內(nèi)使用,熱容量小,靈敏度高,價(jià)格低廉,操作簡(jiǎn)便,但是熱穩(wěn)定性較差。（三）熱電阻地測(cè)量電路

最常用地?zé)犭娮铚y(cè)溫電路是電橋電路其Rt是熱電阻,Rq與RM分別是調(diào)零與調(diào)滿刻度地調(diào)整電阻（電位器）。測(cè)量時(shí)先將切換S扳到"1"位置,調(diào)節(jié)Rq使儀表指示為零,然后將S扳到"3"位置,調(diào)節(jié)RM使儀表指示到滿刻度,作這種調(diào)整后再將S扳到"2"位置,則可進(jìn)行正常測(cè)量熱電阻內(nèi)部引線方式有二線制,三線制與四線制三種。

為了消除導(dǎo)線電阻地影響,一般采用三線制連接法,圖4-4（a）所示地?zé)犭娮栌?根引出線,而圖4-4（b）所示地?zé)犭娮柚挥袃筛鼍€,但都采用了三線制連接法。采用三線制接法,引線地電阻分別接到相鄰橋臂上且電阻溫度系數(shù)相同,因而溫度變化時(shí)引起地電阻變化亦相同,使引線電阻變化產(chǎn)生地附加誤差減小。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地電阻,對(duì)電橋地平衡無(wú)影響。在進(jìn)行精密測(cè)量時(shí),常采用四線制連接法,調(diào)零電阻Rq分為兩部分,分別接在兩個(gè)橋臂上,其接觸電阻與檢流計(jì)G串聯(lián),接觸電阻地不穩(wěn)定不會(huì)影響電橋地平衡與正常工作狀態(tài)

二,半導(dǎo)體熱敏電阻與集成溫度傳感器

（一）熱敏電阻傳感器熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成地?zé)崦羝骷Ｏ鄬?duì)于一般地金屬熱電阻而言,它主要具備如下特點(diǎn):電阻溫度系數(shù)大,靈敏度比一般金屬電阻大10～100倍;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,可以測(cè)量點(diǎn)溫度;電阻率高,熱慣性小,適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量;阻值與溫度變化呈非線性關(guān)系;穩(wěn)定性與互換性較差。1．熱敏電阻結(jié)構(gòu)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,其外形,結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖4-6所示。熱敏電阻外形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地?zé)崦綦娮璐蠊β蔖TC熱敏電阻貼片式NTC熱敏電阻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）非標(biāo)熱敏電阻2．熱敏電阻地?zé)犭娞匦园礈囟认禂?shù)不同可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）與負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）兩種。NTC又可分為兩大類:第一類電阻值與溫度之間呈嚴(yán)格地負(fù)指數(shù)關(guān)系;第二類為突變型（CTR）,PTC也分為正指數(shù)型與突變型（CTR）負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）特性:電阻隨溫度升高而急劇下降。應(yīng)用:廣泛運(yùn)用于溫度測(cè)量與溫度調(diào)節(jié),還可用作補(bǔ)償電阻作起動(dòng)電阻使用,克服沖擊電流。特性:電阻隨溫度升高而急劇增大。應(yīng)用:通常用于小范圍地溫度測(cè)量,過(guò)熱保護(hù)與延時(shí)開(kāi)關(guān)。PTC熱敏電阻鈦酸鋇摻合稀土元素?zé)Y(jié)而成用途:彩電消磁,各種電器設(shè)備地過(guò)熱保護(hù),發(fā)熱源地定溫控制,限流元件。CTR熱敏電阻 以三氧化二釩與鋇,硅等氧化物,在磷,硅氧化物地弱還原氣氛混合燒結(jié)而成用途:溫度開(kāi)關(guān)。NTC熱敏電阻由Mn,Co,Ni,Fe,Cu等過(guò)渡金屬氧化物混合燒結(jié)而成應(yīng)用:點(diǎn)溫,表面溫度,溫差,溫場(chǎng)等測(cè)量自動(dòng)控制及電子線路地?zé)嵫a(bǔ)償線路熱敏電阻體溫表熱敏電阻溫度面板表熱敏電阻LCD溫度測(cè)量熱敏電阻用于CPU地溫度測(cè)量（參考小熊在線公司資料）熱敏電阻用于電熱水器地溫度控制（二）集成溫度傳感器集成溫度傳感器就是在一塊極小地半導(dǎo)體芯片上集成了包括敏感器件,信號(hào)放大電路,溫度補(bǔ)償電路,基準(zhǔn)電源電路等在內(nèi)地各個(gè)單元,它使傳感器與集成電路融為一體。集成溫度傳感器地輸出形式有電壓型與電流型兩種。1．AD590系列集成溫度傳感器AD590（美AD公司生產(chǎn)）是電流輸出型集成溫度傳感器,結(jié)構(gòu)外形與電路符號(hào)如圖4-8所示。2．AD22100集成溫度傳感器AD22100是美AD公司生產(chǎn)地一種電壓型單片式溫度傳感器,如圖4-11所示。U+電源輸入端,一般為+5V;GND為接地端;NC管腳在使用時(shí)連接在一起,并懸空;Uo為電壓輸出端。此外還有一些其它類型地產(chǎn)集成溫度傳感器,如SL134M集成溫度傳感器,是一種電流型三端器件,SL616ET集成溫度傳感器,是一種電壓輸出型四端器件項(xiàng)目實(shí)施一,Pt100熱電阻測(cè)溫傳感器地工作原理Pt100熱電阻測(cè)溫傳感器地基本結(jié)構(gòu),工作原理在知識(shí)準(zhǔn)備已作介紹,不再重復(fù)。二,實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1.實(shí)訓(xùn)原理2.實(shí)訓(xùn)器件與單元本項(xiàng)目需用地器件與單元有:K型熱電偶,Pt100熱電阻,數(shù)顯單元（主控臺(tái)電壓表）,萬(wàn)用表,直流穩(wěn)壓電源±15V與+2V。3.實(shí)訓(xùn)步驟（1）差動(dòng)電路調(diào)零。首先對(duì)溫度傳感器實(shí)訓(xùn)模塊地三運(yùn)放測(cè)量電路與后續(xù)地反相放大電路調(diào)零。（2）溫控儀表地使用。首先根據(jù)溫控儀表型號(hào),仔細(xì)閱讀"溫控儀表操作說(shuō)明",學(xué)會(huì)基本參數(shù)設(shè)定（出廠時(shí)已設(shè)定完畢）。（3）將溫度源模塊上地220V加熱輸入接線柱與主控箱面板溫度控制系統(tǒng)地加熱輸出接線柱連接。（4）將溫度源地"風(fēng)機(jī)電源"地正端（紅色接線柱）與主控箱"+2-+12V"電源地正端輸出連接（此時(shí)電源旋鈕打到最大值24V位置）,主控箱"+2-+12V"電源地負(fù)端（黑色接線柱）與溫度控制地信號(hào)輸出地ALM1地紅色接線端相連,最后將ALM1地黑色接線端與"風(fēng)機(jī)電源"地負(fù)端相連,閉合溫度源地開(kāi)關(guān)。（5）將熱電偶插入模塊溫度源地一個(gè)傳感器安置孔。（6）將Pt100鉑電阻三根引線引入"Rt"輸入地a,b上:用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)出Pt100三根引線短接地兩根線接b端。這樣Rt與R2,R3,R4,Rw1組成直流電橋,是一種單臂電橋工作形式。見(jiàn)圖4-13。（7）將橋路輸出端b與RP1心活動(dòng)點(diǎn)接到放大器兩輸入端（R5,R6）,見(jiàn)圖4