自動檢測技術及應用

關于自動檢測技術及應用2024/4/172第2章電阻式傳感器及其應用

本章學習電阻式傳感器的原理及應用，包括：電阻應變片、電位器、熱電阻、氣敏電阻及濕敏電阻等。自動檢測技術及應用第2版高職高專ppt課件第2頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/173§2.1電阻應變式傳感器

應變效應：導體或半導體材料在外界力的作用下，會產生機械變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應變效應。電阻應變式傳感器主要由電阻應變片及測量轉換電路等組成。自動檢測技術及應用第2版高職高專ppt課件第3頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/174一、應變片的工作原理

金屬絲受拉時，l變長、r變小，導致R變大。自動檢測技術及應用第2版高職高專ppt課件第4頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/175

設有一長度為l、截面積為A、半徑為r、電阻率為

的金屬單絲，它的電阻值R可表示為:

當沿金屬絲的長度方向作用均勻拉力（或壓力）時，上式中

、r、l都將發(fā)生變化，從而導致電阻值R發(fā)生變化。

例如金屬絲受拉時，l將變長、r變小，均導致R變大；又如，某些半導體受拉時，

將變大，導致R變大。自動檢測技術及應用第2版高職高專ppt課件第5頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/176

實驗證明，電阻絲及應變片的電阻相對變化量

R/R與材料力學中的軸向應變

x（

x=

l/l）的關系在很大范圍內是線性的，即K—電阻應變片的靈敏度對于不同的金屬材料，K略微不同，一般為2左右。而對半導體材料而言，由于其感受到應變時，電阻率

會產生很大的變化，所以靈敏度比金屬材料大幾十倍。

自動檢測技術及應用第2版高職高專ppt課件第6頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/177

在材料力學中，

x=

l/l稱為電阻絲的軸向應變，也稱縱向應變。

x通常很小，常用10-6表示之。例如，當

x為0.000001時，在工程中常表示為1

10-6或

m/m。在應變測量中，也常將之稱為微應變(με)。

對金屬材料而言，當它受力之后所產生的軸向應變最好不要大于1

10-3，即1000

m/m，否則有可能超過材料的極限強度而導致斷裂。自動檢測技術及應用第2版高職高專ppt課件第7頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/178應變片用于測量力F的計算公式：由材料力學可知：

x＝F/AE(E為彈性模量)

而

R/R＝K

x

故：

R/R＝KF/AE

如果應變片的靈敏度K和試件的橫截面積A以及彈性模量E均為已知，則只要設法測出

R/R的數(shù)值，即可獲知試件受力F的大小。例如可用于電子稱的稱重。自動檢測技術及應用第2版高職高專ppt課件第8頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/179分析與總結影響電阻值變化的因素：1、電阻絲長度的變化；2、電阻絲面積的變化；3、壓阻效應的作用。電阻絲幾何尺寸金屬導體電阻率半導體壓阻效應：半導體沿某一軸向受到應力而發(fā)生應變時，其電阻率發(fā)生變化，此現(xiàn)象為壓阻效應。由于半導體電阻率變化明顯，所以其靈敏度系數(shù)很大，故可測微小應變。自動檢測技術及應用第2版高職高專ppt課件第9頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17101.電阻應變片的結構

電阻應變片由敏感柵、基片、覆蓋層和引線等部分組成。二、應變片的結構與粘貼自動檢測技術及應用第2版高職高專ppt課件第10頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1711（1）敏感柵

感受應變，并將應變轉換為電阻的變化。敏感柵有絲式、箔式和薄膜式三種。（2）基片

絕緣及傳遞應變。測量時應變片的基底粘在試件上，要求基底準確地把試件應變傳遞給敏感柵。同時基片絕緣性能要好，否則應變片微小電信號就要漏掉。由紙薄、膠質膜等制成。第11頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1712（3）覆蓋層

保護作用。防濕、蝕、塵。（4）引線

連接電阻絲與測量電路，輸出電參量。第12頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1713應變片的內部結構第13頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1714分類金屬電阻應變片半導體應變片絲式箔式薄膜式2.應變片的種類第14頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1715

金屬絲式應變片使用最早，有紙基、膠基之分。由于金屬絲式應變片蠕變較大，金屬絲易脫膠，有逐漸被箔式所取代的趨勢。但其價格便宜，多用于應變、應力的大批量、一次性試驗。金屬絲式第15頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1716

箔式應變片中的箔柵是金屬箔通過光刻、腐蝕等工藝制成的。箔的材料多為電阻率高、熱穩(wěn)定性好的銅鎳合金。箔式應變片與基片的接觸面積大得多，散熱條件較好，在長時間測量時的蠕變較小，一致性較好，適合于大批量生產。目前廣泛用于各種應變式傳感器中。

第16頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1717箔式應變片的外形第17頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1718

半導體應變片的主要特點是：當受力時，其電阻率隨應力的變化而變化，故靈敏度高，橫向效應小。第18頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1719

實驗發(fā)現(xiàn)，實際應變片的K值比單絲的K值要小，造成此現(xiàn)象原因是橫向效應，還有粘結層傳遞變形失真。橫向效應：將直的電阻絲繞成敏感柵后,雖然長度不變,應變狀態(tài)相同,但圓弧段橫向收縮引起阻值減小量對軸向伸長引起阻值增加量起著抵消作用。因而同樣應變阻值變化減小，K值減小，此現(xiàn)象為橫向效應。為了減小橫向效應產生的測量誤差，現(xiàn)在一般多采用箔式應變片，其圓弧部分尺寸較柵絲尺寸大得多，電阻值較小，因而電阻變化量也就小得多。第19頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1720３.應變片的粘貼：

1)去污：采用手持砂輪工具除去構件表面的油污、漆、銹斑等，并用細紗布交叉打磨出細紋以增加粘貼力，用浸有酒精或丙酮的紗布片或脫脂棉球擦洗。第20頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1721

2.貼片：在應變片的表面和處理過的粘貼表面上，各涂一層均勻的粘貼膠，用鑷子將應變片放上去，并調好位置，然后蓋上塑料薄膜，用手指揉和滾壓，排出下面的氣泡。第21頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1722

3.測量：從分開的端子處，預先用萬用表測量應變片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應變片。第22頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1723

4.焊接：檢查合格后用烙鐵焊接引出線，注意不要把端子扯斷。

第23頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1724

5.固定：焊接后用膠布將引線和被測對象固定在一起，防止損壞引線和應變片。

第24頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1725三、測量轉換電路——不平衡電橋

金屬應變片的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測量其電阻值的變化將十分困難，且誤差很大。通常采用電橋電路實現(xiàn)微小電阻值變化的電壓輸出。

例如，有一金屬箔式應變片，受拉后應變片的阻值R的變化量僅為0.2

，所以必須使用電橋來測量這一微小的變化量。下面分析該橋式測量轉換電路是如何將R/R轉換為輸出電壓Uo的。

第25頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1726

根據電源的不同，可將電橋分為直流電橋和交流電橋。電橋按讀數(shù)方法可分為平衡電橋（零讀法）和不平衡電橋（偏差法）兩種。平衡電橋僅適合與測量靜態(tài)參數(shù)，而不平衡電橋對靜、動態(tài)參數(shù)都可測量。我們只討論直流不平衡電橋。第26頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1727

直流電橋電路如下圖，它的四個橋臂由電阻R1、R2、R3、R4組成。它們可以全部或部分是應變片。34端接直流電壓U12端輸出電壓U01．直流不平衡電橋的工作原理

第27頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1728

初始狀態(tài)下，電橋是平衡的，輸出為零。當其中一個橋臂（或兩個、三個、四個）上受到應變作用后，則阻值將發(fā)生變化，橋路失去平衡，就會有信號U0輸出。第28頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1729當電橋平衡時,有：R1R4=R2R3

或電橋平衡條件：相鄰兩臂電阻的比值應相等,或相對兩臂電阻的乘積相等。當電橋不平衡時：則：Uo=0第29頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17301）單臂電橋

R1為工作應變片，

R2、R3、R4為固定電阻。假設橋臂R1的阻值變?yōu)镽1+ΔR1。則輸出電壓：UO=U14-U24

=[R2/(R1+ΔR1+R2)-R4/(R3+R4）]U第30頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1731經運算：U0=[ΔR1R4/（R1+ΔR1+R2）（R3+R4）]U

分子分母同除以R1R3，設橋臂比n=R2/R1＝R3/R4，分母中ΔR1/R1相對來說是微小項,故可略去。

U0≈-[n/(1+n)2]（ΔR1/R1）U

單臂電橋電壓的靈敏度為：Ku=[n/(1+n)2]U

可知：Ku與電橋電源成正比，同時與橋臂比有關。對于我們討論的等臂電橋來說，R1=R2=R3=R4，即n=1，則上式化為：

U0=（ΔR1/4R1）U

此時,電橋電壓靈敏度最高。Ku=U/4第31頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17322）雙臂電橋

R1、R2為工作應變片，R3、R4為固定電阻。

工作應變片R1、R2接入電橋兩相鄰臂，跨在電源兩端。感受到的應變

1、

2以及產生的電阻增量ΔR1、ΔR2大小相等，方向相反。第32頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1733

假設：R1阻值變?yōu)镽1+ΔR1；

R2阻值變?yōu)镽2-ΔR2。且：R1=R2=R3=R4=R，ΔR1=ΔR2=ΔR，則由電橋輸出電壓：

U0=[（R1+ΔR1）/（R1+ΔR1+

R2-ΔR2）

-R4/（R3+R4）]U=（ΔR/2R）U雙臂電橋電壓的靈敏度為：Ku=U/2

由上式可知：雙臂電橋靈敏度比單臂電橋提高一倍，而且還具有溫度誤差補償作用。第33頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17343）四臂全橋

全橋的四個橋臂都為應變片，兩個受拉，兩個受壓。將兩個變形符號相同的應變片接在電橋的相對臂，符號不同的接在相鄰臂。第34頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1735假設4個橋臂的阻值分別變?yōu)椋?/p>

R1+ΔR1、

R2-ΔR2、

R3+ΔR3、

R4-ΔR4；且：R1=R2=R3=R4=R，ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4=ΔR，則電橋輸出電壓：

U0=[（R1+ΔR1）/（R1+ΔR1+

R2-ΔR2

）

-（R4-ΔR4）/（R3+ΔR3+

R4-ΔR4

）]U=（ΔR/R）U

四臂全橋電壓的靈敏度為：Ku=U由上式可知：四臂全橋靈敏度是單臂電橋的4倍，其靈敏度最高，能實現(xiàn)溫度自補償。第35頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1736對于四臂全橋：接法如前面方式，若R1=R2=R3=R4=R，

ΔR1=－ΔR2=ΔR3=－ΔR4忽略高階微小量（計算較復雜，略去），則有：

UO=U(ΔR1－ΔR2+ΔR3－ΔR4)/4R

結論：

UO=(U/4)(ΔR1/R1－ΔR2/R2+ΔR3/R3－ΔR4/R4)第36頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1737全橋的溫度補償原理

利用電橋相鄰相等兩臂同時產生大小相等，符號相同的電阻增量不會破壞電橋平衡（無輸出）的特性來達到補償。

當環(huán)境溫度升高時，橋臂上的應變片溫度同時升高，溫度引起的電阻值漂移數(shù)值一致，可以相互抵消，所以全橋的溫漂較??；半橋也同樣能克服溫漂。第37頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1738例：利用全橋電路測量橋梁的上下表面應變。

由上圖：R1、R3與R2、R4感受到的應變絕對值相等、符號相反。請大家思考測量轉換電路該如何接？第38頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1739當試件受力且同時有溫度變化時，△R1t=△R2t=△R3t=△R4t

因而應變片R1～R4產生的電阻增量合并為4倍的△Rε，△Rt則相互抵消。計算結果與溫度引起的電阻變化量無關。第39頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1740四、應變式傳感器的應用

電阻應變片的應用可分為兩大類：第一類是將應變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測量轉換電路，這樣就構成測量各種物理量的專用應變式傳感器。

應變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體，傳感元件就是應變片，測量轉換電路一般為橋路；第二類是將應變片貼于被測試件上，然后將其接到應變儀上就可直接從應變儀上讀取被測試件的應變量。第40頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1741１.應變式力傳感器被測物理量為荷重或力的應變式傳感器。作用：作為各種電子秤與材料試驗機的測力元件，也可用于發(fā)動機的推力測試，或水壩壩體承載狀況的監(jiān)視。第41頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1742a）圓柱面展開圖

b）橋路連接圖1）圓柱式力傳感器

縱向和橫向各貼四片應變片，縱向對稱的R1和R3串接,R2和R4串接,并置于相對橋臂以減小偏心載荷及彎矩的影響。第42頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17432）應變片用在懸臂梁上

各種懸臂梁第43頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1744各種懸臂梁

FF固定點固定點電纜第44頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1745應變片在懸臂梁上的粘貼及變形

第45頁,共142頁，2024年2月25日，星期天3）應變式荷重傳感器FR1R2R4第46頁,共142頁，2024年2月25日，星期天應變式荷重傳感器外形及受力位置FF第47頁,共142頁，2024年2月25日，星期天荷重傳感器原理演示

荷重傳感器上的應變片在重力作用下產生變形。軸向變短，徑向變長。

第48頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17494）汽車衡第49頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1750汽車衡第50頁,共142頁，2024年2月25日，星期天汽車衡稱重系統(tǒng)第51頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1752結構組成電子汽車衡主要由承載器、稱重顯示儀表、稱重傳感器、連接件、限位裝置及接線盒等零部件組成，還可以選配打印機、大屏幕顯示器、計算機等外部設備。工作原理

被稱重物或載重汽車置于承載器臺面上，在重力作用下，通過承載器將重力傳遞至稱重傳感器，使稱重傳感器彈性體產生變形，貼附于彈性體上的應變計橋路失去平衡，輸出與重量數(shù)值成正比例的電信號。經線性放大器將信號放大，再經A/D轉換為數(shù)字信號，由儀表的微處理機（CPU）對重量信號進行處理后直接顯示重量數(shù)據。第52頁,共142頁，2024年2月25日，星期天電子天平電子天平的精度可達十萬分之一第53頁,共142頁，2024年2月25日，星期天人體秤

第54頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17552.應變式壓力傳感器作用：主要用液體、氣體動態(tài)和靜態(tài)壓力的測量，如內燃機管道和動力設備管道的進氣口、出氣口氣體和液體壓力的測量。第55頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1756

膜片式壓力傳感器：應變片貼在膜片內壁,在壓力p作用下,距離圓心x處膜片產生徑向應變εr和切向應變εt：

在平膜片圓心處切向粘貼R1、R4兩個應變片,在邊緣處沿徑向粘貼R2、R3兩個應變片,然后接成全橋測量電路。第56頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17573.應變式加速度傳感器

傳感器由質量塊（4）、應變片（1）、彈性懸臂梁（3）基座（2）組成。

當被測物做水平加速度運動時,由于質量塊的慣性:F=ma，懸臂梁彎曲變形，通過應變片測出懸臂梁的應變量。當振動頻率小于傳感器的固有振動頻率時，懸臂梁的應變量與加速度成正比。第57頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1758休息一下第58頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1759§2.2電位器式傳感器

電位器是一種將機械位移（線位移或角位移）轉換為與其成一定函數(shù)關系的電阻或電壓的機電傳感元件。第59頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1760一、組成與特點1、組成：常用電位器傳感器由電位器（骨架、電阻絲）和觸點機構（電刷等）等組成。2、特點：輸出信號大，測量線路簡單，成本低，性能穩(wěn)定并容易實現(xiàn)任意函數(shù)。但要求輸入能量大，電刷與電阻元件之間容易磨損。第60頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1761二、工作原理

通過改變電位器的滑動觸頭（電刷）的位置，將線位移或角位移等位移量轉換為電阻或電壓的變化。123132直線型旋轉型UO=U(X/L)UO=U(α/2π)第61頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1762休息一下第62頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1763原理：

熱電阻效應：物質的電阻率隨溫度變化而變化的物理現(xiàn)象稱為熱電阻效應。定義：熱電阻傳感器：利用電阻隨溫度變化的特性制成的傳感器?！?.3測溫熱電阻傳感器第63頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1764作用：主要用于對溫度和與溫度有關的參量進行測量。（-200～+960℃）分類：按熱電阻的性質分金屬熱電阻——熱電阻半導體熱電阻——熱敏電阻第64頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1765一、熱電阻1．熱電阻的工作原理金屬的電阻值隨溫度的升高而增加，即電阻溫度系數(shù)為正。右圖為金屬的熱電阻—溫度特性曲線實驗證明：大多數(shù)金屬在溫度每升高1℃時其電阻值要增

0.4~0.6%。第65頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1766

在金屬中，參與導電的是自由電子，也即是說金屬導電是由于金屬中的自由電子定向運動導致的。對于金屬導體來說，當溫度升高時，雖然自由電子數(shù)目基本不變（當溫度變化范圍不是很大時），但每個自由電子的動能將增加，因而在一定的電場作用下，要使這些雜亂無章的電子作定向運動就會遇到更大的阻力，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，因而金屬電阻值隨溫度的升高而增加。第66頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1767

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)電阻值應為484

。

第67頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17682．測量電路

熱電阻的測量電路通常采用不平衡電橋來轉換，熱電阻在工業(yè)測量橋路中的接法常采用兩線制和三線制兩種。第68頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17691）熱電阻兩線測量橋路

1—電阻體

2—引出線

3—顯示表當導線溫度變化時，將產生附加電阻，引起測量誤差。第69頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17702）熱電阻三線測量橋路1—電阻體2—引出線3—顯示表當熱電阻阻值較小時，常采用三線制接法，可以消除和減少引線電阻的影響。兩條引線接于相鄰的兩臂上，由于附加電阻引起的電阻變化是相同的，根據電橋的特性，電橋的輸出將互相抵消。第70頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17713．熱電阻材料及其結構1）熱電阻材料易提純、復現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻。制作熱電阻的電阻體材料應具有的特點：①電阻溫度系數(shù)大，以便提高熱電阻的靈敏度。②電阻率ρ盡可能大，以便在相同靈敏度下減小電阻體尺寸。③其化學、物理性能穩(wěn)定。④材料的提純、可延、自制等工藝性好。第71頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1772第72頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1773根據上述特點，較為廣泛應用的熱電阻材料有：鉑、銅、鎳、鐵、和銠鐵合金等，而常用的是鉑、銅。

第73頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17742）熱電阻的結構組成：

熱電阻由電阻體12、引出線11、絕緣套管10和接線盒7等部件組成，其中，電阻體是熱電阻的最主要部件。分類：

金屬熱電阻按照結構類型分：普通型鎧裝型薄模型普通工業(yè)用熱電阻第74頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1775薄膜型及普通型鉑熱電阻

第75頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1776小型鉑熱電阻

第76頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1777防爆型鉑熱電阻

第77頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17784．常用的熱電阻1）鉑熱電阻鉑：pt，通稱白金。優(yōu)點：物理、化學性能極為穩(wěn)定，耐氧化能力強；易于提純，復制性好，電阻率較高。缺點：電阻溫度系數(shù)??；在還原介質中（特別是高溫下）工作時易被沾污變脆；價格較高。第78頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1779鉑熱電阻的阻值與溫度間的關系近似線性：-200℃～0℃時:Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]0℃～850℃時:Rt=R0(1+At+Bt2)A、B、C——溫度系數(shù)

Rt——溫度為t℃時鉑熱電阻得阻值；

R0——溫度為0℃時鉑熱電阻得阻值。我國鉑熱電阻使用范圍有：-200～650℃測溫誤差：Δt=±

(0.15+0.002︱t︱)；

-200～850℃測溫誤差：Δt=±

(0.3+0.005︱t︱)。第79頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17802）銅熱電阻在一些測量精度不高且溫度較低的場合一般采用銅熱電阻，可用它測量-50～150℃的溫度，測溫誤差為：Δt=±

(0.3+0.006︱t︱)

。在上述使用溫度范圍內，阻值與溫度的關系幾乎成線性關系，即可近似表示為

Rt=R0(1+αt)式中α——電阻溫度系數(shù),α=(4.25～4.28)×10－3/℃第80頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1781優(yōu)點：電阻溫度系數(shù)比鉑高；容易提純，加工性能好，價格便宜。缺點：電阻率比鉑低；易氧化，不宜在腐蝕性介質或高溫下工作。第81頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1782學習查“鉑熱電阻分度表”附錄鉑熱電阻分度表

第82頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1783５．熱電阻應用

熱電阻式流量計是根據物理學中關于介質內部熱傳導現(xiàn)象制成的。如果將溫度為tn的熱電阻放在溫度為tc介質內，設熱電阻與介質相接觸的表面面積為A，則熱電阻耗散的熱量Q可表示為：

Q=KA(tn-tc)

K—熱傳導系數(shù)或稱傳熱系數(shù)。K與介質的密度、粘度、平均流速等參數(shù)有關。第83頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1784

當其它參數(shù)為定值時，K僅與介質的平均流速成正比。即：

上式說明：通過測量熱電阻耗散的熱量Q即可測量介質的平均流速。第84頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1785Rt1放在被測介質的流通管道的中心，它所耗散的熱量與被測介質的平均流速成正比。Rt2放在溫度與被測介質相同、但不受介質流速影響的連通室中下圖所示為熱電阻流量計的電路原理圖：請大家分析電橋？第85頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1786

熱敏電阻也是利用電阻值隨溫度變化而變化的特性制成的一種敏感元件。二、熱敏電阻第86頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17871．熱敏電阻的工作原理半導體中參加導電的是載流子，所以半導體本身的電阻率比金屬大得多。隨溫度的升高，參加導電的載流子數(shù)目增加，半導體的電阻率降低，電阻值減小。即半導體的電阻率隨溫度上升按指數(shù)規(guī)律下降。當溫度變化1℃時，某些半導體熱敏電阻的電阻值變化將達到（3～6）%。靈敏度比金屬熱電阻高。第87頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1788熱敏電阻的優(yōu)點：1）熱敏電阻隨溫度有很大的變化，所以容易得到很大的信號變化，靈敏度較高。2）與金屬熱電阻相比，其電阻很大，很容易做出數(shù)千歐到數(shù)百千歐的熱敏電阻，體積小。另外，因為其電阻大，即便是加長引線，引線的電阻也可以忽略不計，因而減小了引線電阻的影響。第88頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1789

熱敏電阻有負溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）和正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）兩大類。

NTC又可分為兩大類：第一類為負指數(shù)型。用于測量溫度，它的電阻值與溫度之間呈嚴格的負指數(shù)關系；第二類為突變型。當溫度上升到某臨界點時，其電阻值突然下降。分類：第89頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1790下圖所示的曲線分別為哪一種熱敏電阻？12345負指數(shù)型NTC突變型NTC鉑熱電阻第90頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1791負溫度系數(shù)的熱敏電阻多由多晶半導體氧化物按一定比例擠壓成形。若混合物的成分和配比改變，就可以獲得測溫范圍、阻值及溫度系數(shù)不同的負溫度系數(shù)熱敏電阻。形狀：圓片形、柱形、球形、鎧裝形、薄膜形和厚膜形等。2．熱敏電阻的外形第91頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1792熱敏電阻的外形、結構及符號

a）圓片型熱敏電阻b）柱型熱敏電阻c）球熱敏電阻d）鎧裝型e）厚膜型f）圖形符號1—熱敏電阻2—玻璃外殼3—引出線4—紫銅外殼5—傳熱安裝孔第92頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1793

MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻第93頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1794其他形式的熱敏電阻

玻璃封裝

NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻第94頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1795帶安裝孔的熱敏電阻大功率PTC熱敏電阻第95頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1796

貼片式NTC熱敏電阻第96頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1797

MF58型（珠形）高精度負溫度系數(shù)熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻第97頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1798其他熱敏電阻第98頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1799其他熱敏電阻（續(xù)）第99頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17100其他熱敏電阻（續(xù)）

第100頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17101熱敏電阻溫度面板表熱敏電阻LCD第101頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/171023．熱敏電阻的應用1）熱敏電阻測溫（熱敏電阻體溫表）

用熱敏電阻測溫時必須先調零，再調滿度，最后再驗證分度盤中其他各點的溫差是否在允許范圍內，這一過程稱為標定。第102頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17103熱敏電阻體溫表的調試、標定方法

調試時，應該先調哪一只電位器，再調哪一只電位器？如何檢驗表面刻度中其他各點是否準確？第103頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17104熱敏電阻體溫表第104頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17105休息一下第105頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17106§2.4其他電阻式傳感器

本節(jié)介紹濕敏電阻和氣敏電阻式傳感器。第106頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17107一、濕敏電阻式傳感器

濕敏電阻式傳感器的敏感元件是濕敏電阻。濕敏電阻是利用濕敏材料吸收空氣中的水分而導致本身電阻值發(fā)生變化的原理而制成的?？梢岳枚嗫滋沾伞⑷趸X等吸濕材料制作濕敏電阻。第107頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17108陶瓷濕度傳感器特性曲線

在右圖所示的陶瓷濕度傳感器特性曲線中，縱坐標的標度有何特點？

濕敏元件的電阻值隨相對濕度的增加而減?。磺耶斚鄬穸葟?%到100%變化時，傳感器的電阻值很快減小。第108頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17109濕敏電阻的結構

濕敏電阻主要由感濕層（濕敏層3）、電極(4)、引線（1）和具有一定機械強度的絕緣基片(2)組成。第109頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17110電子式溫濕度計第110頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17111機械式、電子式溫濕度計對比第111頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17112露點

降低溫度會產生結露現(xiàn)象。結露嚴重影響電子儀器的正常工作，必須予以注意。

測量露點的儀器第112頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17113露點傳感器外形

第113頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17114

氣敏電阻傳感器，可以把某種氣體的成分、濃度等參數(shù)轉換成電阻變化量，再轉換為電流、電壓信號。

定義：利用半導體氣敏元件同氣體接觸，造成半導體性質變化，借此來檢測氣體的成分或者測量其濃度的傳感器。二、氣敏電阻式傳感器

第114頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17115應用場合：一般用于易燃、易爆、有毒、有害氣體的檢測和報警?；疽螅?）對被測氣體有較高的靈敏度；2）氣體選擇性好；3）能夠長期穩(wěn)定工作；4）響應速度快。第115頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17116酒精測試儀呼氣管第116頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17117酒精傳感器的選擇性第117頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17118

氣敏半導體的靈敏度特性曲線觀察右圖這些曲線，有何特點？可以得出哪些啟示？電阻第118頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17119由圖知：斜率逐漸減小即被測氣體濃度低時，有較大的電阻變化；濃度較大時，則變化趨緩。有較大的非線性這種特性較適合于氣體的微量檢漏，濃度檢測或超限報警。第119頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17120１．氣敏電阻的材料氣敏電阻的材料是金屬氧化物，在合成材料時，通過化學計量比的偏離和雜質缺陷制成。金屬氧化物半導體N型半導體

P型半導體為了提高某種氣敏元件對某些氣體成分的選擇性和靈敏度，合成材料時，還摻入催化劑。第120頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/171212．氣敏電阻的外形

酒精傳感器

其他可燃性氣體傳感器第121頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17122３．氣敏電阻的工作原理金屬氧化物在常溫下是絕緣的，制成半導體后卻顯示氣敏特性。其電阻率隨氣體的吸附而發(fā)生變化。物理吸附：在常溫下，主要是氣體與氣敏材料表面上分子的吸附。這種結合力是蕩得瓦爾斯力?；瘜W吸附：溫度升高，化學吸附增加，并在某一溫度達到最大值。氣體與氣敏材料表面建立離子吸附。但若溫度再升高，由于解吸作用，兩種吸附同時減小。第122頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17123例如：用氧化錫（SnO2）制成的氣敏元件，在常溫下吸附某種氣體后，其電導率變化不大，表明此時是物理吸附；若保持該種氣體濃度不變，該元件的電導率隨元件本身溫度的升高而升高，尤其在100～300℃范圍內電導率變化很大，表明此溫度范圍內化學吸附作用大。請問：為了得到較高的靈敏度，我們需要采取什么措施？

讓氣敏元件工作在較高的溫度范圍內。第123頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17124４．氣敏電阻的加熱器氣敏元件工作時需要本身的溫度比環(huán)境溫度高很多，因此，氣敏元件在結構上要有加熱器。通常用電阻絲加熱。如右圖所示:圖中1、2為加熱電極；3、4是氣敏電阻一對電極。第124頁,共142頁，2024年2月25日，星期天2024/4/17125