熱電式傳感器-課件

第8章熱電式傳感器熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測溫的。用金屬或半導(dǎo)體材料作為感溫元件的傳感器，分別稱為金屬熱電阻和熱敏電阻。熱電阻傳感器分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類，一般把金屬熱電阻稱為熱電阻，而把半導(dǎo)體熱電阻稱為熱敏電阻。熱電阻廣泛用來測量-200℃～850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測量至1K，高溫達(dá)1000℃。熱電阻傳感器由熱電阻、連接導(dǎo)線及顯示儀表組成。熱電阻也可與溫度變送器連接，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出。8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器

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，而計算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484

。

一、熱電阻的材料工作原理8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻

8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器表:熱電阻的主要技術(shù)性能

8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器鉑電阻溫度計的使用范圍是-200℃～850℃。在0℃～850℃的范圍內(nèi)在-200℃～0℃的范圍內(nèi)式中Rt、R0——鉑熱電阻在t℃和0℃時的電阻值；A、B、C——分度常數(shù)。在ITS—90中，這些常數(shù)規(guī)定為A=3.940×10-3/℃，B=-5.802×10-7/℃2，C=-4.274×10-12/℃41.鉑熱電阻8.1熱電阻傳感器目前我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=50Ω和R0=100Ω兩種，它們的分度號分別為Pt50和Pt100，其中以Pt100為常用。鉑熱電阻不同分度號亦有相應(yīng)分度表，即Rt－t的關(guān)系表，這樣在實(shí)際測量中，只要測得熱電阻的阻值Rt，便可從分度表上查出對應(yīng)的溫度值。鉑熱電阻中的鉑絲純度用電阻比W(100)表示，即式中R100——鉑熱電阻在100℃時的電阻值；R0——鉑熱電阻在0℃時的電阻值。電阻比W(100)越大，其純度越高。按IEC標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)使用的鉑熱電阻的W(100)≥1.3870。目前技術(shù)水平可達(dá)到W(100)=1.3930，其對應(yīng)鉑的純度為99.9995%。一般情況下，工業(yè)鉑熱電阻由直徑為0.03mm～0.07mm的純鉑絲繞在平板形支架，用銀線作為引出線。8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器優(yōu)點(diǎn)：鉑是一種貴金屬。它的特點(diǎn)是精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠，尤其是耐氧化性能很強(qiáng)。鉑在很寬的溫度范圍內(nèi)約1200C以下都能保證上述特性。鉑很容易提純，復(fù)現(xiàn)性好，有良好的工藝性，可制成很細(xì)的鉑絲(0.02mm或更細(xì))或極薄的鉑箔。與其它材料相比，鉑有較高的電阻率，因此普遍認(rèn)為是一種較好的熱電阻材料。缺點(diǎn)：鉑電阻的電阻溫度系數(shù)比較小；價格貴8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器薄膜型及普通型鉑熱電阻

8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器小型鉑熱電阻

8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器鉑電阻溫度顯示、變送器8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器可設(shè)定溫度的溫度控制箱

旋轉(zhuǎn)式機(jī)械設(shè)定開關(guān)

撥碼式設(shè)定開關(guān)8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器2.銅熱電阻銅熱電阻的電阻溫度系數(shù)比鉑高，電阻與溫度的關(guān)系(R-t)曲線幾乎是線性的，并且銅價格便宜、易于提純、工藝性好。因此，在一些測量精度要求不高、測溫范圍不大且溫度較低的測溫場合，可采用銅熱電阻進(jìn)行測溫。在-50℃～150℃的使用范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的。式中——銅熱電阻的電阻溫度系數(shù)，取=4.28×10-3/℃；Rt、R0——銅熱電阻在t℃和0℃時的電阻值。銅熱電阻有兩種分度號，分別為Cu50(R0=50)和Cu100(R0=100)銅熱電阻線性好，價格便宜，但它的電阻率小、體積大、熱慣性也大，容易氧化，測量范圍窄，因此不適宜在腐蝕性介質(zhì)中或高溫下工作。8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器其它熱電阻鐵/鎳熱電阻：電阻溫度系數(shù)比鉑和銅高，電阻率也較大，可做成體積小、靈敏度高的溫度計，但易氧化，不宜提純且電阻與溫度非線性，僅用于-50~100℃；用的較少。銦電阻：-269~-258℃

；測量精度高，靈敏度高，但重現(xiàn)性差。錳電阻：-271~-210℃

；靈敏度高，但脆性高，易損壞；炭電阻：-273~-268.5℃

；熱容量小，靈敏度高，價格低，易操作，但熱穩(wěn)定性較差。二.熱電阻的結(jié)構(gòu)工業(yè)用熱電阻的外形和熱電偶基本相同，它由熱電阻體、引出線、絕緣骨架、保護(hù)套管、接線盒等部分組成。其中保護(hù)套管和接線盒的外形及其功能、要求和熱電偶基本相同。熱電阻的電阻體由電阻絲和電阻支架組成。電阻絲采用雙線無感繞法繞制在一定形狀的云母、石英或陶瓷塑z料支架上，支架起支撐和絕緣作用，引出線通常采用直徑1mm的銀絲或鍍銀銅絲，它與接線盒柱相接，以便與外接線路相連而測量及顯示溫度。8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器三.熱電阻的測量電路用熱電阻傳感器進(jìn)行測溫時，熱電阻與檢測儀表相隔一段距離，因?yàn)闊犭娮璧囊€對測量結(jié)果有較大的影響，所以測量電路經(jīng)常采用電橋電路。熱電阻內(nèi)部的引線方式有二線制、三線制和四線制三種，如圖所示。二線制中引線電阻對測量影響大，用于測溫精度不高的場合；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；四線制可以完全消除引線電阻對測量結(jié)果的影響，用于高精度溫度檢測。(a)二線制接線(b)三線制接線(c)四線制接線8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器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。8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器三線制用于工業(yè)測量，一般精度8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器四線制實(shí)驗(yàn)室用，高精度測量8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器四.熱電阻的應(yīng)用1)熱電阻溫度計

通常工業(yè)上用于測溫是采用鉑電阻和銅電阻作為敏感元件，測量電路用得較多的是電橋電路。為了克服環(huán)境溫度的影響常采用圖所示的三導(dǎo)線四分之一電橋電路。由于采用這種電路，熱電阻的兩根引線的電阻值被分配在兩個相鄰的橋臂中，如果，則由于環(huán)境溫度變化引起的引線電阻值變化造成的誤差被相互抵消。8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器2)熱電阻式流量計右圖是一個熱電阻流量計的電原理圖。兩個鉑電阻探頭Rt1、Rt2，Rt1放在管道中央，它的散熱情況受介質(zhì)流速的影響。Rt2放在溫度與流體相同，但不受介質(zhì)流速影響的小室中。當(dāng)介質(zhì)處于靜止?fàn)顟B(tài)時，電橋處于平衡狀態(tài)，流量計沒有指示。當(dāng)介質(zhì)流動時，由于介質(zhì)流動帶走熱量，溫度的變化引起阻值變化，電橋失去平衡而有輸出，電流計的指示直接反映了流量的大小。8.1熱電阻傳感器熱電式傳感器一、熱電偶傳感器的工作原理1、熱電效應(yīng)先看一個實(shí)驗(yàn)——熱電偶工作原理演示

結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點(diǎn)溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。

熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端）

左端稱為：測量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢AB8.2熱電偶熱電式傳感器一、熱電偶傳感器的工作原理賽貝克（Seebeck）效應(yīng)(熱電勢)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，對兩個接頭的中一個加熱即可產(chǎn)生電流。在冷接頭處，電流從鐵流向銅。由于冷、熱兩個端（接頭）存在溫差而產(chǎn)生的電勢差e，就是溫差熱電勢。這種由兩種不同的金屬構(gòu)成的能產(chǎn)生溫差熱電勢的裝置稱為熱電偶。

8.2熱電偶熱電式傳感器

將兩根不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體（A和B）聯(lián)接起來構(gòu)成一個回路，如果兩個接合點(diǎn)處的溫度不同（T0≠T），則在兩導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生熱電勢，并在回路中有一定大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。AB1T0T2mA銅鐵熱電偶的溫差熱電勢與溫度關(guān)系曲線8.2熱電偶熱電式傳感器AB1T0T2

由熱電效應(yīng)制成的測溫傳感器就是熱電偶。測溫時：

結(jié)點(diǎn)2置于被測溫度場中，稱為測量端（工作端、熱端）；

結(jié)點(diǎn)1處于某一恒定溫度（或已知溫度），稱為參考端（自由端或冷端）。

可見熱電偶由溫差產(chǎn)生的熱電勢是隨介質(zhì)溫度變化而變化，即： Et＝eAB(T)－eAB(T0)；

eAB(T0)—溫度為T0處熱電勢；

eAB(T)—溫度為T處熱電勢。

Et

—熱電偶的熱電勢；8.2熱電偶熱電式傳感器AB1T0T2熱電偶示意圖ABT0T測量儀表或電路熱電偶與測量儀表連接示意圖8.2熱電偶熱電式傳感器2、熱電偶的熱電勢經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，熱電勢實(shí)際上由接觸電勢和溫差電勢組成。

由于不同的金屬材料所具有的自由電子密度不同，當(dāng)兩種不同的金屬導(dǎo)體接觸時，在接觸面上就會發(fā)生電子擴(kuò)散。電子的擴(kuò)散速率與兩導(dǎo)體的電子密度有關(guān)并和接觸區(qū)的溫度成正比。設(shè)導(dǎo)體A和B的自由電子密度為NA和NB，且有NA>NB，電子擴(kuò)散的結(jié)果使導(dǎo)體A失去電子而帶正電，導(dǎo)體B則因獲得電子而帶負(fù)電，在接觸面形成電場。這個電場阻礙了電子繼續(xù)擴(kuò)散，達(dá)到動態(tài)平衡時，在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位差，即接觸電動勢。(1)接觸電動勢8.2熱電偶熱電式傳感器其大小可表示為：式中：K—波爾茲曼常數(shù)，K＝1.38×10-23

e—電子電荷量e=1.6×10-19C

NA(NB)為A(B)材料的自由電子密度。ABT0T接觸電勢8.2熱電偶熱電式傳感器

同一導(dǎo)體中的，如果兩端溫度不同，在兩端間會產(chǎn)生電動勢，即產(chǎn)生單一導(dǎo)體的溫差電動勢，這是由于導(dǎo)體內(nèi)自由電子在高溫端具有較大的動能，因而向低溫端擴(kuò)散的結(jié)果。高溫端因失去電子而帶正電，低溫端由于獲得電子而帶負(fù)電，在高低溫端之間形成一個電位差。溫差電動勢的大小與導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫差有關(guān)。(2)溫差電勢8.2熱電偶熱電式傳感器

σA—A材料的湯姆遜系數(shù)。（表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1℃時所產(chǎn)生的溫差電動勢）ABT0T溫差電勢T>T08.2熱電偶熱電式傳感器(3)回路總電勢由導(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T＞T0，則必存在著兩個接觸電勢和兩個溫差電勢，回路總電勢：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)ABNAT、NAT0——導(dǎo)體A在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時的電子密度；NBT、NBT0——導(dǎo)體B在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時的電子密度；σA

、σB——導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。8.2熱電偶熱電式傳感器兩熱電極相同時，總電動勢為?兩接點(diǎn)溫度相同時，總電動勢為?結(jié)論：熱電偶必須采用兩種不同材料作為熱電極，熱電偶的熱端和冷端必須具有不同的溫度。均為0T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB(3)回路總電勢8.2熱電偶熱電式傳感器1、中間導(dǎo)體定律二、熱電偶的基本定律

將由A、B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶的冷端（T0端）斷開而接入的三種導(dǎo)體C后，只要冷、熱端的T0

、T保持不變，則回路的總熱電勢不變。BT0TABT0TT0AC8.2熱電偶熱電式傳感器T>T0ABT0TT0Cab8.2熱電偶熱電式傳感器推導(dǎo)過程

此定律具有特別重要的實(shí)用意義，因?yàn)橛脽犭娕紲y溫時必須接入儀表(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(T0)儀表的入就不會影響熱電勢。而且A、B結(jié)點(diǎn)的焊接方法也可以是任意的。8.2熱電偶熱電式傳感器2、參考電極定律（標(biāo)準(zhǔn)電極定律）BT0TACT0TABT0TC

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)生的熱電勢是已知的，則這兩種導(dǎo)體所組成的熱電偶的熱電勢也是已知的，且

根據(jù)此定律，可以便于給出所有熱電偶材料的有關(guān)參數(shù)，方便熱電偶電極的選配。熱電式傳感器8.2熱電偶證明：BT0TACT0TABT0TC8.2熱電偶熱電式傳感器3、中間溫度定律BT0TABT1TABT0T1A

這是中間溫度定律，因?yàn)闊犭妱菖c兩個結(jié)的溫度有關(guān)，要測得某一結(jié)所處的溫度，則另一個結(jié)必須0℃，而實(shí)際上這樣的條件是難辦到的；但只要測得（E表示熱電勢，A、B表示兩種不同金屬，T、T1表示兩個結(jié)處在T、T1溫度下），并且可測得T1，則可以查表確定，用與的和，便可確定T處溫度。8.2熱電偶熱電式傳感器對電極材料的要求：在同樣的溫差下產(chǎn)生的熱電勢大，且其熱電勢與溫度之間呈線性或近似線性的單值函數(shù)關(guān)系；耐高溫，抗輻射性能好，在較寬的范圍內(nèi)性能穩(wěn)定；電導(dǎo)率高、電阻溫度系數(shù)和比熱容??；復(fù)制性和工藝性好，價格低廉。8.2熱電偶熱電式傳感器三、常用的熱電偶8.2熱電偶熱電式傳感器熱電偶的分度表不同金屬組成的熱電偶，溫度與熱電動勢之間有不同的函數(shù)關(guān)系，一般通過實(shí)驗(yàn)的方法來確定，并將不同溫度下測得的結(jié)果列成表格，編制出熱電勢與溫度的對照表，即分度表。供查閱使用，每10℃分檔。

直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢的關(guān)系時的約束條件是：自由端（冷端）溫度必須為0C。

8.2熱電偶熱電式傳感器S型(鉑銠10-鉑)熱電偶分度表8.2熱電偶熱電式傳感器返回7/23/202343如何利用熱電偶的分度表

假設(shè)熱電偶的冷端溫度為0C，請根據(jù)“工業(yè)中常用的鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶的分度表”，查出－100C

、0C、

100C

時的熱電勢。數(shù)字式溫度表溫度上限設(shè)定值溫度上限值設(shè)定鍵8.2熱電偶熱電式傳感器K熱電偶的分度表

45按結(jié)構(gòu)分類——普通型8.2熱電偶熱電式傳感器按結(jié)構(gòu)分類——鎧裝型8.2熱電偶熱電式傳感器按結(jié)構(gòu)分類——隔爆型8.2熱電偶熱電式傳感器四、熱電偶測溫線路（1）測量某點(diǎn)溫度的基本電路熱電偶直接和儀表配用的測溫電路：8.2熱電偶熱電式傳感器（2）熱電偶反向串聯(lián)電路（溫度差）將兩個同型號的熱電偶配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，反向串聯(lián)連接。圖中A′、B′是與測量熱電偶熱電性質(zhì)相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，電路中兩熱電勢反向串聯(lián)，儀表可測得T1和T2之間的溫度差值。8.2熱電偶熱電式傳感器（3）熱電偶并聯(lián)電路

用幾個同型號的熱電偶并聯(lián)在一起，在每一個熱電偶線路中分別串聯(lián)均衡電阻R，并要求熱電偶都工作在線性段。根據(jù)電路理論，當(dāng)儀表的輸入阻抗很大時，回路中總的熱電勢等于熱電偶輸出電勢之和的平均值，即8.2熱電偶熱電式傳感器（4）熱電偶串聯(lián)電路熱電偶串聯(lián)電路。用幾個同型號的熱電偶依次將正負(fù)相連，回路總的熱電勢為這種電路輸出電勢大，可感應(yīng)較小的信號。但只要有一個熱電偶斷路，總的熱電勢消失；若熱電偶短路，將會引起儀表值的下降。圖3-21熱電偶多點(diǎn)溫度求和電路8.2熱電偶熱電式傳感器五、熱電偶的使用1、冷端溫度補(bǔ)償及修正

在實(shí)際使用時，由于熱電偶的熱端（測量端）與冷端離的很近，冷端又暴露于空間，容易受到環(huán)境溫度的影響，因而冷端溫度很難保持恒定。為此需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

由熱電偶測溫原理可知，只有當(dāng)熱電偶的冷端溫度保持不變，熱電勢才是被測溫度的單值函數(shù)。

工程技術(shù)上使用的熱電偶分度表和根據(jù)分度表刻劃的測溫顯示儀表的刻度都是根據(jù)冷端溫度為0℃而

制作的。8.2熱電偶熱電式傳感器（1）0℃恒溫法

將熱電偶的冷端置于冰水混合物中，保證冷端溫度恒定為0℃。根據(jù)熱電偶測得的輸出熱電勢，再查找該熱電偶的分度表，即可得到測量端的溫度。8.2熱電偶熱電式傳感器（2）熱電勢修正法在實(shí)際使用中，使冷端保持在0℃很不方便，有時也使冷端保持在某一恒定的溫度Tn，這種情況下采取熱電勢修正法。

EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)

EAB

(T,Tn)—實(shí)測值；

EAB(Tn,T0)—冷端為0℃時，工作端為Tn區(qū)段熱電勢，可查分度表得到，即為修正法。8.2熱電偶熱電式傳感器由分度表查得E(20,0)=？

E(20,0)=0.113mv則E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=7.32+0.113=7.434mv

再查分度表得其對應(yīng)的被測溫度t=808℃例用S型熱電偶測溫，熱電偶的冷端溫度t0=20℃，測得熱電勢為7.32mv，求被測對象的實(shí)際溫度t。解8.2熱電偶熱電式傳感器（3）電橋補(bǔ)償法冷端補(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++-abUUabR3RcuR1R2R在0℃下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時Uab=0，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。8.2熱電偶熱電式傳感器(4)冷端延長線

工業(yè)應(yīng)用時，被測點(diǎn)與指示儀表之間往往有很長的距離，這就要求熱電偶有較長的尺寸，但由于熱電偶材料較貴，熱電偶尺寸不能過長，所以冷端（即接儀表端）常常不能放到任意點(diǎn)上去；且冷端溫度不可能恒定，是波動的，為解決這一問題，采用冷端延長線（或稱冷端補(bǔ)償導(dǎo)線）。8.2熱電偶熱電式傳感器

所謂延長線實(shí)際上是把在一定溫度范圍內(nèi)（一般為0～100℃）與熱電偶具有相同熱電特性的兩種較長金屬導(dǎo)線與熱電偶配接。它的作用是將熱電偶冷端移至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，從而消除冷端溫度變化帶來的影響，即該補(bǔ)償導(dǎo)線所產(chǎn)生的熱電勢等于工作熱電偶在此溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生的熱電勢。B′ABTT0TNTNA′冷端延長線連接示意圖8.2熱電偶熱電式傳感器回路總電勢為:Ec=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)=EAB(T,T0)

上式證明了回路中總電勢等于EAB(T,T0)，相當(dāng)于冷端直接延伸到了溫度為T0處，但并不能消除冷端溫度不為0℃時產(chǎn)生的影響，應(yīng)用前面介紹的修正方法把冷端修正到0℃。B′ABTT0TNTNA′8.2熱電偶熱電式傳感器應(yīng)用延長線應(yīng)注意：

①延長線只能與相應(yīng)型號的熱電偶配用，（專用）；②注意極性，不能接反（否則會造成更大的誤差）；③延長線和熱電偶連接處，兩結(jié)點(diǎn)溫度必須相同。8.2熱電偶熱電式傳感器

熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的熱敏器件，與金屬熱電阻比較而言，具有溫度系數(shù)高，靈敏度高，熱慣性好（適宜動態(tài)測量）但其穩(wěn)定性和互換性較差。溫度半導(dǎo)體熱敏電阻電阻鉑熱電阻金屬的電阻隨溫度的升高而增大，但半導(dǎo)體卻相反，它的電阻值隨溫度的升高而急劇減小，并呈現(xiàn)非線性。一、工作原理8.3熱敏電阻熱電式傳感器

半導(dǎo)體這種溫度特性，是因?yàn)榘雽?dǎo)體的導(dǎo)電方式是載流子（電子、空穴）導(dǎo)電。由于半導(dǎo)體中載流子的數(shù)目遠(yuǎn)比金屬中的自由電子少得多，所以它的電阻率很大。隨著溫度的升高，半導(dǎo)體中參加導(dǎo)電的載流子數(shù)目就會增多，故半導(dǎo)體導(dǎo)電率就增加，它的電阻率也就降低了。熱敏電阻正是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的熱敏元件。它是由某些金屬氧化物按不同的配方比例燒結(jié)制成的。在一定的范圍內(nèi)，根據(jù)測量熱敏電阻阻值的變化，便可知被測介質(zhì)的溫度變化。8.3熱敏電阻熱電式傳感器

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，故動態(tài)特性好，適于在-100℃～300℃之間測溫。

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。8.3熱敏電阻熱電式傳感器1、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

金屬氧化物：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。優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可測點(diǎn)溫度；

（2）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高（10倍）；

（3）電阻率高、熱慣性小、適宜動態(tài)測量。

8.3熱敏電阻熱電式傳感器8.3熱敏電阻熱電式傳感器熱敏電阻的主要參數(shù)8.3熱敏電阻熱電式傳感器RT＝Ae(B/T) RT—溫度為T時電阻值

A—與材料和幾何尺寸有關(guān)的常數(shù)

B—熱敏電阻常數(shù)（與半導(dǎo)體物理性能有關(guān)）若已知T1和T2時電阻為RT1和RT2，則：8.3熱敏電阻熱電式傳感器2、熱敏電阻的溫度特性

2、熱敏電阻的溫度特性

負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：NTC正溫度系數(shù)熱敏電阻：PTC臨界溫度系數(shù)熱敏電阻：CTR04080120160200106104102100溫度℃電阻CTR

NTC

PTC

可見CTR臨界熱敏電阻有一突變溫度，此特性可用于自動控溫和報警電路中。8.3熱敏電阻熱電式傳感器NTC熱敏電阻的材料是一種由錳（Mn）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鈷（Co）、鐵（Fe）等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體，改變混合物的成分和配比就可以獲得測溫范圍、阻值及溫度系數(shù)不同NTC熱敏電阻。它具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻值下降。

NTC熱敏電阻應(yīng)用廣泛。1、NTC熱敏電阻T

R8.3熱敏電阻熱電式傳感器2、CTR熱敏電阻CTR熱敏電阻是以三氧化二釩與鋇、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱還原氣氛中混合燒結(jié)而成，它呈半玻璃狀，具有負(fù)溫度系數(shù)。通常，CTR熱敏電阻用樹脂包封成珠狀或厚膜形使用，其阻值在1k

Ω~10MΩ之間。

CTR熱敏電阻隨溫度變化的特性屬劇變型，具有開關(guān)特性，如左圖所示。當(dāng)溫度高于居里點(diǎn)TC時，其阻值會減小到臨界狀態(tài)，突變的數(shù)量級為2~4。因此又稱這類熱敏電阻為臨界熱敏電阻。Tc溫度T（℃）200150100500103101105107電阻率ρ（Ω.cm）8.3熱敏電阻熱電式傳感器3、PTC熱敏電阻TNTC1062001000101102103104105107溫度T（℃）電阻率ρ（Ω.cm）PTC熱敏電阻是以鈦酸鋇摻合稀土元素?zé)Y(jié)而成的半導(dǎo)休陶瓷元件，具有正溫度系數(shù)。其溫度特性曲線如左圖所示，從特性曲線上可以看到PTC熱敏電阻具有以下特性：

(1)當(dāng)溫度低于居里點(diǎn)TC時，具有半導(dǎo)體特性；

(2)當(dāng)溫度高于居里點(diǎn)TC時，電阻值隨溫度升高而急劇增大，至TN溫度時出現(xiàn)負(fù)阻現(xiàn)象；

(3)具有通電瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大電流而后很快衰減的特性?；赑TC熱敏電阻的特性，可利用其自控作用，做成各種恒溫器、限流保護(hù)元件或溫控開關(guān)。還可以用PTC組成發(fā)熱元件，功率一般為幾瓦到數(shù)百瓦。8.3熱敏電阻熱電式傳感器

將熱敏電阻接上一個電流源，并在它兩端測得端電壓，可得到熱敏電阻的伏安特性。····V（電壓）IaImI（電流）d0abc曲線分四段，0－a段：電流小于Ia，功耗小，電流不足以使熱敏電阻發(fā)熱，元件上的溫度基本是環(huán)境溫度。此時熱敏電阻相當(dāng)于一個固定電阻，電壓與電流之間符合歐姆定律。

a－b段：隨著電流增加，熱敏電阻功耗增加，導(dǎo)致電流加熱引起熱敏電阻自身溫度超過環(huán)境溫度（介質(zhì)溫度），其阻值降低，因此出現(xiàn)