第二章第二節(jié) 電阻傳感器Ⅱ

自動檢測技術(shù)課程授課教案PAGEPAGE1第二章電阻傳感器Ⅱ課題：熱電阻測溫傳感器原理及應(yīng)用課時安排：2課次編號：4教材分析難點(diǎn)儀表的標(biāo)定重點(diǎn)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)及計(jì)算教學(xué)目的和要求1.了解熱電阻傳感器的工作原理；2.掌握儀表的標(biāo)定方法；3.掌握三線制儀表的概念；4.了解熱電阻電橋差動放大器的設(shè)計(jì)。采用教學(xué)方法和實(shí)施步驟講授、課堂討論、分析教具：各種熱敏電阻各教學(xué)環(huán)節(jié)和內(nèi)容演示并提問：（1）用打火機(jī)燒一只小型Pt100的端部（或一段電阻絲），用數(shù)字歐姆表觀察其阻值變化趨勢，請同學(xué)回答是正溫度特性還是負(fù)溫度特性？（2）請計(jì)算220V白熾電燈泡的工作狀態(tài)的電阻值。（3）通常情況下，超期使用的220V白熾電燈泡是在_____燒毀？A.關(guān)燈瞬間；B.開燈瞬間；C.正常工作半小時后。為什么？（4）CRT式（解釋什么是CRT）電視機(jī)經(jīng)常開和關(guān)，利弊如何？（有何利處？有何弊處？）利用超導(dǎo)現(xiàn)象來解釋以下論述：溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過金屬導(dǎo)體時的阻力增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增大，我們稱其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢相同。熱電阻的主要技術(shù)性能指標(biāo)比較：表2-2熱電阻的主要技術(shù)性能材料鉑（WZP）銅（WZC）使用溫度范圍/℃-200～+960-50～+150電阻率/（m10-6）0.098～0.1060.0170～100℃間電阻溫度系數(shù)（平均值）/℃-10.003850.00428化學(xué)穩(wěn)定性在氧化性介質(zhì)中較穩(wěn)定，不能在還原性介質(zhì)中使用，尤其在高溫情況下超過100℃易氧化特性特性近于線性、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確度高線性較好、價格低廉、體積大應(yīng)用適于較高溫度的測量，可作標(biāo)準(zhǔn)測溫裝置適于測量低溫、無水分、無腐蝕性介質(zhì)的溫度課堂提問：分析表2-2，相同阻值的銅熱電阻和鉑熱電阻的外形比較，____的體積較大？為什么？ITS-90標(biāo)準(zhǔn)：國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的工業(yè)用鉑熱電阻在0℃時的阻值R0值有25Ω、100Ω等，分度號分別用Pt25、Pt100等表示。薄膜型鉑熱電阻有100Ω、1000Ω等數(shù)種。熱電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系可用下面的一般表達(dá)式表示：Rt=R0（1+At+Bt2+Ct3+Dt4）課堂提問（1）若為理想線性型熱電阻，則表達(dá)式應(yīng)為：Rt=___________________熱電阻分度表：熱電阻的阻值Rt與t之間并不完全呈線性關(guān)系。因此必須每隔一度測出鉑熱電阻和銅熱電阻在規(guī)定的測溫范圍內(nèi)的Rt與t之間的對應(yīng)電阻值，并列成表格，如附錄C。課堂提問（1）為什么Cu50的分度表格數(shù)比Pt的分度表少很多？（2）查附錄C，鉑熱電阻在0℃時的阻值為_____Ω，與型號有何關(guān)系？100℃時的阻值為_____Ω，200℃時的阻值為_____Ω，說明該P(yáng)t100是否線性？在理想線性的情況下，200℃時的阻值應(yīng)為_____Ω。二、熱敏電阻1.熱敏電阻的類型及特性熱敏電阻（Thermistor）按其溫度系數(shù)可分為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）和正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）兩大類。正溫度系數(shù)：電阻的變化趨勢與溫度的變化趨勢相同。負(fù)溫度系數(shù)：當(dāng)溫度上升時，電阻值反而下降。NTC的電阻值與溫度之間的負(fù)指數(shù)關(guān)系：圖2-17中的曲線2。課堂提問設(shè)某電阻傳感器的溫度特性方程為RT=R0lg（1＋T），為開氏溫度請畫出特性曲線，并與圖2-18中的曲線2比較它們的靈敏度變化趨勢。突變型：又稱臨界溫度型（CTR）。當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時，其電阻值突然下降，可用于各種電子電路中抑制浪涌電流。圖2-17各種熱敏電阻的特性曲線1－突變型NTC2－負(fù)指數(shù)型NTC3－線性型PTC4－突變型PTCPTC熱敏電阻：它的溫度-電阻特性曲線呈非線性，如圖2-17中的曲線4或曲線1所示。它在電子線路中多起限流、保護(hù)作用。課堂提問某大功率NTC的特性如圖曲線1所示。將它與充電器的整流電路串連，求：（1）在室溫（25℃）時的阻值為_____Ω，在150℃時的阻值為_____Ω。（2）充電器上電的瞬間，流過整流電路的電流接近于_____。當(dāng)該P(yáng)TC的溫度上升到150℃（PTC與一個專用加熱電阻封裝在一個殼體內(nèi)），整流電路的電流顯著_____（增大/減?。?。采用該電路，可以達(dá)到使整流電路_____（快/慢）啟動的目的。圖2-18熱敏電阻的外形、結(jié)構(gòu)及符號a）圓片形熱敏電阻b）柱形熱敏電阻c）珠形熱敏電阻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－傳熱安裝孔解釋什么是鎧裝型、厚膜型、貼片式2．熱敏電阻的應(yīng)用（１）熱敏電阻測溫為提高測溫靈敏度，應(yīng)使用_____（鉑熱電阻/PTC/NTC）作為測溫元件。非線性應(yīng)如何糾正？_________________________。標(biāo)定：儀表電路必須先進(jìn)行調(diào)零再調(diào)滿度，最后再驗(yàn)證刻度盤中其他各點(diǎn)的誤差是否在允許范圍內(nèi)。在帶微機(jī)的情況下，可用軟件修正之。講解標(biāo)定過程。圖2-19熱敏電阻體溫表原理圖a）橋式電路b）調(diào)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(diào)零電位器4－調(diào)滿度電位上述的“調(diào)零”、“標(biāo)定”的概念是作為檢測技術(shù)人員必須掌握的最基本技術(shù)，必須在實(shí)踐環(huán)節(jié)反復(fù)訓(xùn)練類似的調(diào)試基本功。（2）熱敏電阻用于溫度補(bǔ)償；（略）（3）熱敏電阻用于溫度控制及過熱保護(hù)：熱敏電阻過熱保護(hù)電路課堂提問在上圖過熱保護(hù)電路中，Rt應(yīng)選用________（PTC/NTC）。設(shè)該熱敏電阻的特性如圖曲線4所示，繼電器KA的阻值為400Ω，求：當(dāng)Rt所處環(huán)境為150℃時，流過KA的電流IKA約等于________________________________________mA。（３）正溫度系數(shù)熱敏電阻用于溫度控制及過熱保護(hù)的提示：在電動機(jī)的定子繞組中嵌入正溫度突變型熱敏電阻并與繼電器串聯(lián)。當(dāng)電動機(jī)過載時定子電流增大，引起發(fā)熱。當(dāng)溫度大于突變點(diǎn)時，電路中的電流可以由幾十毫安突變?yōu)槭种畮缀涟玻虼死^電器復(fù)位，從而實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)。PTC熱敏電阻用于電動機(jī)過載保護(hù)控制PTC熱敏電阻用于電動機(jī)過載保護(hù)控制電路如下圖所示，RtA、RtB、RtC是特性相同的MZ6型熱敏電阻，分別用環(huán)氧樹脂固定在電動機(jī)的三相定子繞組中。MZ6PTC熱敏電阻在20℃時的阻值小于300Ω，轉(zhuǎn)折溫度點(diǎn)TK為±5℃時的阻值分別為小于1kΩ和大于4kΩ。圖2-20PTC熱敏電阻用于電動機(jī)過載保護(hù)控制電路a）電動機(jī)過熱保護(hù)電路b）三相繞組中的熱敏電阻連接方式c）三相電動機(jī)保護(hù)PTC熱敏電阻外形電動機(jī)正常運(yùn)行時，Rt較小，IB較大，晶體管V導(dǎo)通，繼電器KA線圈得電，常開觸點(diǎn)閉合。當(dāng)電動機(jī)過載、斷相或某一相短路時，電動機(jī)繞組的溫度急劇升高。任何一相繞組超過轉(zhuǎn)折溫度TK（例如115℃）時，由于三只PTC熱敏電阻串聯(lián)，只要任何一只Rt阻值急劇增大，都將導(dǎo)致IB減小，IC隨之減小，V截止，KA線圈失電，觸點(diǎn)釋放，給電動機(jī)控制電路一個報警信號，從而實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)作用?？梢愿鶕?jù)不同電動機(jī)的絕緣等級（見表3-3）及允許溫升來選擇PTC熱敏電阻的型號，從而確定繼電器KA的動作點(diǎn)。該電路的溫度轉(zhuǎn)折點(diǎn)（控溫點(diǎn)溫度）TK的重復(fù)性好，保護(hù)效果優(yōu)于“雙金屬片熱繼電器”。熱敏電阻的應(yīng)用，補(bǔ)充材料：可恢復(fù)熔絲絲可恢復(fù)熔絲外形如下圖所示。在可恢復(fù)熔絲（也稱可恢保險絲）本體中，聚合樹脂均勻分布在導(dǎo)電氧化物周圍。在正常電流下，PTC熱敏電阻內(nèi)部的導(dǎo)電粒子構(gòu)成鏈狀導(dǎo)電通路，呈現(xiàn)低阻狀態(tài)。當(dāng)電路發(fā)生短路或過載時，PTC熱敏電阻產(chǎn)生較大的熱量，使聚合樹脂熔化，體積迅速增大，切斷導(dǎo)電粒子構(gòu)成的鏈狀導(dǎo)電通路，使PTC熱敏電阻呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，從而使流過PTC熱敏電阻的電流迅速減小，起短路保護(hù)作用。當(dāng)PTC熱敏電阻溫度降低后，聚合樹脂重新冷卻結(jié)晶，體積收縮，導(dǎo)電粒子重新形成導(dǎo)電通路，PTC熱敏電阻恢復(fù)為低阻狀態(tài)?？苫謴?fù)熔絲能承受多次過流。可恢復(fù)熔絲的額定電流范圍可以從50mA到50A，動作時間在10~100ms之間?？苫謴?fù)熔絲外形（4）NTC熱敏電阻用于汽車油箱油位的判斷突變型NTC熱敏電阻用于汽車油位報警如下圖所示。將NTC熱敏電阻Rt置于汽車燃油箱中的某個高度位置，在檢測電路中施加12V電壓，有微小電流流過Rt，Rt會產(chǎn)生微熱。當(dāng)燃油液位高于報警下限時，燃油帶走Rt的熱量，Rt的溫度較低，電阻值較大。反之，當(dāng)燃油液面降低到報警下限時，Rt暴露在空氣中，Rt的熱量散發(fā)比在液體中慢，所以溫度升高，阻值降低。當(dāng)Rt的阻值下降到一定值時，與Rt串聯(lián)的紅色LED亮，產(chǎn)生油位報警信號。R1用于限流，在測量裝置發(fā)生短路故障時，流過短路點(diǎn)的電流不超過15mA，可以避免電火花引發(fā)燃油燃燒。NTC熱敏電阻在汽車中還用于冷卻水溫的測量