電阻式傳感器及應(yīng)用-熱電阻式傳感器（傳感技術(shù)課件）

任務(wù)2.1電阻應(yīng)變片傳感器任務(wù)2.2電位器式傳感器任務(wù)2.3熱電阻式傳感器項(xiàng)目2電阻式傳感器及應(yīng)用低溫高溫溫度測(cè)量的基本概念溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子（或原子）無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子（或原子）的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。模擬圖：在一個(gè)密閉的空間里，氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！溫度從微觀上看，是物體分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能大小的標(biāo)志。2.3熱電阻式傳感器測(cè)溫傳感器分類按測(cè)量方法可分為接觸式和非接觸式；按工作原理可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等。氣體膨脹式溫度計(jì)溫度傳感器的種類及特點(diǎn)

接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器：傳感器直接與被測(cè)物體接觸進(jìn)行溫度測(cè)量，由于被測(cè)物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測(cè)物體溫度，因此采用這種方式要測(cè)得物體的真實(shí)溫度的前提條件是被測(cè)物體的熱容量要足夠大。非接觸式溫度傳感器：主要是利用被測(cè)物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測(cè)量物體的溫度，可進(jìn)行遙測(cè)。其制造成本較高，測(cè)量準(zhǔn)確度較低。優(yōu)點(diǎn)：不從被測(cè)物體上吸收熱量；不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)。物理現(xiàn)象

體積熱膨脹

電阻變化溫差電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì)顏色P–N結(jié)電動(dòng)勢(shì)晶體管特性變化晶閘管動(dòng)作點(diǎn)變化熱、光輻射種類鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振蕩器超聲波溫度計(jì)示溫涂料液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器熱敏晶閘管輻射溫度傳感器光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)2.玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)4.雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)6.氣體壓力溫度計(jì)1．

熱鐵氧體2．

Fe-Ni-Cu合金溫度測(cè)量及傳感器分類溫度傳感器的種類及特點(diǎn)所利用的物理現(xiàn)象傳感器類型測(cè)溫范圍/℃特點(diǎn)體積熱膨脹氣體膨脹溫度計(jì)液體壓力溫度計(jì)玻璃水銀溫度計(jì)雙金屬片溫度計(jì)-250～1000-200～350-50～350-50～300

不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大接觸熱電動(dòng)勢(shì)鎢錸熱電偶鉑銠熱電偶其他熱電偶1000～2100200～1800-200～1200

自發(fā)電型，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，品種多；須進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償電阻的變化鉑熱電阻熱敏電阻-200～900-50～300標(biāo)準(zhǔn)化程度高；但需要接入橋路才能得到電壓輸出PN結(jié)結(jié)電壓硅半導(dǎo)體二極管（半導(dǎo)體集成溫度傳感器）-50~150體積小，線性好，-2mV/℃；但測(cè)溫范圍小溫度-顏色示溫涂料示溫液晶-50～13000～100面積大，可得到溫度圖象；但易衰老，準(zhǔn)確度低光輻射熱輻射紅外輻射溫度計(jì)光學(xué)高溫溫度計(jì)熱釋電溫度計(jì)-50～1500500～30000～1000非接觸式測(cè)量，反應(yīng)快；但易受環(huán)境及被測(cè)體表面狀態(tài)影響體積熱膨脹式不需要電源，壽命長(zhǎng)；但感溫部件體積較大，只能抵近測(cè)量。

氣體的體積與熱力學(xué)溫度成正比紅外溫度計(jì)溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)溫標(biāo)規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點(diǎn)（即零點(diǎn)）以及溫度的單位。各類溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。國(guó)際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。華氏、攝氏、開氏溫度比較發(fā)展階段：華氏溫標(biāo)→攝氏溫標(biāo)→開氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的換算關(guān)系是：

例：攝氏溫度為20℃時(shí)，華氏溫度為32+36=68℉溫標(biāo)的發(fā)展目前推行的是1990年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)ITS-90：熱力學(xué)溫度用符號(hào)T90表示,單位為開爾文，符號(hào)為K。攝氏溫度的符號(hào)為t90，單位是攝氏度，符號(hào)為℃。T90和t90的關(guān)系為：t90=T90-273.15，或t/℃=T/K-273.15例如:攝氏溫度為0℃時(shí)，開爾文溫度為273.15K。溫標(biāo)的發(fā)展幾種溫標(biāo)的對(duì)比正常體溫為37℃，相當(dāng)于華氏溫度多少度？熱力學(xué)溫標(biāo)（K）熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定律(不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化)基礎(chǔ)上的最科學(xué)的溫標(biāo)，是由開爾文（Kelvin）根據(jù)熱力學(xué)定律提來(lái)的，因此又稱開氏溫標(biāo)。它的符號(hào)是T，單位是開爾文（K）。威廉·湯姆遜·開爾文認(rèn)識(shí)鉑熱電阻金屬熱電阻的正溫度系數(shù)溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動(dòng)加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，稱其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢(shì)相同。

測(cè)溫?zé)犭娮杩煞譃榻饘俸桶雽?dǎo)體兩大類。金屬絲電阻隨溫度增高而變大的演示

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484Ω。請(qǐng)說(shuō)明鎢絲的溫度系數(shù)的正負(fù)。超導(dǎo)現(xiàn)象1911年，荷蘭物理學(xué)家昂內(nèi)斯（KamerlinghOnnes）在用液氦將汞的溫度降到4.2K時(shí)，發(fā)現(xiàn)汞的電阻降為零。昂內(nèi)斯將這種現(xiàn)象稱為物質(zhì)的超導(dǎo)性。昂內(nèi)斯和其他科學(xué)家又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了其他一些金屬也是超導(dǎo)體。昂內(nèi)斯因?yàn)檫@項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)而獲得1913年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。超導(dǎo)磁懸浮易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻

制作熱電阻的材料必須具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、一致性好、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。金屬熱電阻材料的主要技術(shù)性能

熱電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系表達(dá)式Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3+Dt4)Rt—熱電阻在t時(shí)的電阻值R0—熱電阻在0℃時(shí)的電阻值A(chǔ)、B、C、D—溫度系數(shù)熱電阻的阻值Rt與t之間并不完全呈線性關(guān)系。在規(guī)定的測(cè)溫范圍內(nèi)，根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）頒布的分度表數(shù)值，列出每隔1℃的Rt電阻值，這種表格稱為熱電阻分度表。在工程中，若不考慮線性度誤差的影響，有時(shí)也可以利用溫度系數(shù)α來(lái)近似計(jì)算熱電阻的阻值Rt。即：Rt=R0(1+αt）鉑熱電阻的結(jié)構(gòu)圖電阻絲在支架上繞制，由玻璃或陶瓷作外保護(hù)層，防止有害氣體腐蝕和氧化。繞制中采用中間對(duì)折雙繞方式，避免感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。裝配式鉑熱電阻

0℃時(shí)的電阻為100Ω接線盒薄膜式鉑熱電阻

Pt1000薄膜熱電阻在0℃時(shí)的電阻為1kΩ，最大工作電流小于0.3mA。在真空清潔室中，將鉑金屬噴射在陶瓷體上，然后用激光進(jìn)行光刻和阻值的微調(diào),再焊接兩根引線。在鉑金上涂上一層特殊的絕緣玻璃層。薄膜熱電阻的響應(yīng)時(shí)間只需幾秒。小型鉑熱電阻

防爆式鉑熱電阻

堅(jiān)實(shí)的外殼起“隔爆”作用，工作電流控制在安全范圍。鎧裝式鉑熱電阻1－接線盒2－引出線密封管3－法蘭盤4－柔性外套管（可達(dá)百米）5－測(cè)溫端部端面式熱電阻及其在測(cè)溫端面的安裝螺紋深入到被測(cè)物內(nèi)部，能更快速地反映被測(cè)物的實(shí)際溫度。汽車用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻熱電阻的引線形式內(nèi)引線是熱電阻出廠時(shí)自備的引線，其功能是使感溫元件與外部測(cè)量及控制裝置相連接。熱電阻的測(cè)量電路通常采用不平衡電橋來(lái)轉(zhuǎn)換。熱電阻在工業(yè)測(cè)量橋路中的接法通常采用兩線制、三線制和四線制。二線制接法R1為鉑熱電阻，R2、R3、R4為錳銅精密電阻(固定電阻)。電橋的調(diào)零在0℃的情況下進(jìn)行。熱電阻Rt被安裝在測(cè)溫點(diǎn)上,然后用連接導(dǎo)線連接到電橋的接線端子上。引線電阻r1a、r1b及其隨長(zhǎng)度和溫度的變化將引起測(cè)量誤差。四線制接法恒流源Ii的恒定激勵(lì)電流流過(guò)Rt，在Rt上產(chǎn)生降壓Uo=IiRt。輸出電壓Uo的變化量ΔUo與被測(cè)溫度變化引起的電阻變化量ΔR成正比。三線制接法引出的三根導(dǎo)線截面積和長(zhǎng)度均相同(即r1=r2=r3)，測(cè)量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋，鉑電阻(Rpt)作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，將導(dǎo)線一根(r1)接到電橋的電源端，其余兩根(r2、r3)分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣兩橋臂都引入了相同阻值的引線電阻，電橋處于平衡狀態(tài)，引線電阻的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果沒(méi)有任何影響。引線的長(zhǎng)度變化不影響電橋的平衡,所以可以避免因連接導(dǎo)線電阻受環(huán)境影響而引起的測(cè)量誤差。半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻分類：負(fù)溫度系數(shù)（NTC)和正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻。NTC又可分為兩大類：第一類的電阻值與溫度之間呈嚴(yán)格的負(fù)指數(shù)關(guān)系，因此可用于測(cè)量溫度：e是自然對(duì)數(shù)的底，e≈2.718.第二類為突變型（CTR）。當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí)，其電阻值突然下降，可用于控制溫度或抑制浪涌電流。NTC熱敏電阻的材料與特性以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料,采用陶瓷工藝制造而成。在低溫時(shí),這些氧化物材料的載流子(電子和空穴)數(shù)目少,所以其電阻值較高。隨著溫度的升高,載流子數(shù)目增加,所以電阻值降低。電阻率和溫度系數(shù)隨材料成分比例、燒結(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化?，F(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系列NTC熱敏電阻材料。PTC熱敏電阻在鈦酸鋇里摻雜其它的多晶陶瓷材料,壓制成圓片等形狀,燒結(jié)而成PTC熱敏電阻，屬于臨界溫度型(CTR)。當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí),其電阻值突然上升,可用于電路的限流、過(guò)載保護(hù)。大功率PTC還可用作暖風(fēng)機(jī)中的加熱元件。恒溫加熱用PTC熱敏電阻

下圖所示的四根曲線分別為哪一種熱敏電阻？熱敏電阻外形MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻其他形式的熱敏電阻

玻璃封裝NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻其他形式的熱敏電阻帶安裝孔的熱敏電阻大電流PTC熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續(xù)）貼片式NTC熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續(xù)）MF58型（珠形）高準(zhǔn)確度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻各種非標(biāo)熱敏電阻熱敏電阻的應(yīng)用

熱敏電阻式溫度面板表熱敏電阻

LCD顯示器熱敏電阻電子體溫表熱敏電阻用于CPU的溫度測(cè)量熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制NTC熱敏電阻用于溫度補(bǔ)償動(dòng)圈式表頭中的動(dòng)圈由銅線繞制而成。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，動(dòng)圈的電阻增大，引起表頭的指針偏轉(zhuǎn)角減小?？梢栽趧?dòng)圈回路中串入由負(fù)溫度系數(shù)NTC熱敏電阻組成的電阻網(wǎng)絡(luò)，從而抵消由于溫度變化所產(chǎn)生的誤差。PTC可恢復(fù)熔斷器(過(guò)熱保護(hù))

可恢復(fù)熔絲（也稱可恢保險(xiǎn)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(guò)載時(shí)，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(guò)PTC熱敏電阻的電流迅速減小，起短路保護(hù)作用。PTC熱敏電阻用于繼電器控制在電動(dòng)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(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)定子電流增大，引起發(fā)熱。當(dāng)溫度大于突變點(diǎn)時(shí)，電路中的電流可以由幾十毫安突變?yōu)槭种畮缀涟?，因此繼電器復(fù)位，觸發(fā)電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。由以上分析可知，必須使用正溫度系數(shù)的突變型熱敏電阻與繼電器串聯(lián)。