热电阻传感器概要ppt课件.ppt

2.3 热电阻式传感器热电阻式传感器l2.3.1 (金属)热电阻l2.3.2 (半导体)热敏电阻l2.3.3 热电阻式传感器的应用 上一页下一页返 回 取一只 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484 。 2.3.1 金属热电阻金属热电阻热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒作为热电阻的材料要求（特征）： 1）电阻与温度变化具有良好的线性关系； 2）电阻温度系数大，便于精确测量，（以提高热电阻的灵敏 度）； 3）电阻率高，热容量小，反应速度快。 4）在测量范围内具有稳定的物理和化学性能； 5）应有良好的可加工性，且价格便宜。使用最广泛的热电阻材料是铂和铜，低温测量中是常用铟、锰、碳等制成的热电阻。上一页下一页返 回热电阻的结构上一页下一页返 回普通工业用热电阻式温度传感器普通工业用热电阻式温度传感器1 1） 常用热电阻常用热电阻 铂热电阻 铂电阻(IEC)的电阻率较大，电阻温度关系呈非线性，测温范围广，精度高，且材料易提纯，复现性好；物理、化学性质都很稳定。因此主要用来作为复现温标的基准器当 时 当 时 Rt为温度为t时的电阻值; R0为温度为0时的电阻值;A、B 、 C 为 常 数 , A = 3 . 9 6 8 4 7 X 1 0 - 3 - 1 ； B=-5.847X10-7 -2; C=-4.22X10-12 -4。 2000t 上一页下一页返 回0850t 2301100R tRAtBtCtt 201R tRAtBtl（2）铜热电阻l应 用：测量精度要求不高且温度较低的场合测量范围：50150l优 点：温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。l缺 点：易于氧化，一般只用于150以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。上一页下一页返 回铜电阻的阻值与温度之间的关系为：上一页下一页返 回当时，Rt=R0(1+at)50150t Rt温度为t时的电阻值;R0为温度0时的电阻值;a为温度为0时的电阻温度系数。铜热电阻结构示意图 铂热电阻结构示意图 上一页下一页返 回铜热电阻铜热电阻2.3.2 半导体热敏电阻半导体热敏电阻定义：热敏电阻是一种利用半导体的电阻值随温度 显著变化的特性制成，由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结的敏感元件。优 点： (1) 热敏电阻的温度系数比金属大（49倍） (2) 电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点、表面温度及快速变化的温度。 (3) 结构简单、机械性能好。缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。上一页下一页返 回热敏电阻分类：热敏电阻分类：正温度系数(PTC)负温度系数(NTC) 临界温度系数(CTR)热敏电阻典型特性热敏电阻典型特性 上一页下一页返 回PTC热敏电阻正温度系数 钛酸钡掺合稀土元素烧结而成 用途：彩电消磁，各种电器设备的过热保护， 发热源的定温控制，限流元件。 CTR热敏电阻负温度系数 以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化 物的弱还原气氛中混合烧结而成 用途：温度开关。 NTC热敏电阻很高的负电阻温度系数 主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等过渡金属氧化物 混合烧结而成 应用：点温、表面温度、温差、温场等测量 自动控制及电子线路的热补偿线路上一页下一页返 回1. 热敏电阻的主要特性 温度特性 伏安特性上一页下一页返 回 温度特性NTC型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻-温度特性温度特性 00273127310110ttBTTBTeReRR式中式中 RT , R0热敏电阻在绝对温度热敏电阻在绝对温度T，T0时的阻值时的阻值()； T0, T 介质的起始温度和变化温度（介质的起始温度和变化温度（K）；）； t0 , t 介质的起始温度和变化温度（介质的起始温度和变化温度（）；）； B 热敏电阻材料常数，一般为热敏电阻材料常数，一般为20006000K， 其大小取决于热敏电阻的材料。其大小取决于热敏电阻的材料。0011lnTTRRBT上一页下一页返 回若已知两个电阻值以及相应的温度值，就可求得若已知两个电阻值以及相应的温度值，就可求得B值。值。一般取一般取20和和100时的电阻时的电阻R20 和和R100计算计算B值，值，即将即将T=373K，T0=293K代入上式，则代入上式，则100201365RRnlB将将B值及值及R0=R20 代入式就确定了热敏电阻的温度特性代入式就确定了热敏电阻的温度特性: 上一页下一页返 回21TBdTdRRTT B和和值是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数，值是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数，热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的高很多，热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的高很多，所以它的灵敏度很高。所以它的灵敏度很高。热敏电阻的电阻温度系数热敏电阻在其本身温度变化1时，电阻值的相对变化量上一页下一页返 回 伏安特性伏安特性l在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I与其两端的电压U之间的关系， 上一页下一页返 回伏安特性伏安特性当流过热敏电阻的电流很小时:不足以使之加热。电阻值只决定于环境温度，伏安特性是直线，遵循欧姆定律。主要用来测温。当电流增大到一定值时：流过热敏电阻的电流使之加热，本身温度升高，出现负阻特性。因电阻减小，即使电流增大，端电压反而下降。其所能升高的温度与环境条件(周围介质温度及散热条件)有关。当电流和周围介质温度一定时，热敏电阻的电阻值取决于介质的流速、流量、密度等散热条件。可用它来测量流体速度和介质密度。上一页下一页返 回2. 热敏电阻的结构构成：热敏探头、引线、壳体二端和三端器件：为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路获得功率；四端器件：旁热式上一页下一页返 回热敏电阻的结构形式热敏电阻的结构形式 上一页下一页返 回3. 3. 热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数 标称电阻值RH 在环境温度为250.2时测得的电阻值，又称冷电阻。其大小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。 耗散系数H 指热敏电阻的温度与周围介质的温度相差1时热敏电阻所耗散的功率，单位为mW /； 热容量C 热敏电阻的温度变化1所需吸收或释放的热量，单位为J；上一页下一页返 回 能量灵敏度G （W）使热敏电阻的阻值变化1所需耗散的功率。 时间常数 温度为T0的热敏电阻突然置于温度为T 的介质中，热敏电阻的温度增量T= 0.63 (TT0) 时所需的时间。 额定功率PE 在标准压力（750mmHg）和规定的最高环境温度下，热敏电阻长期连续使用所允许的耗散功率，单位为W。在实际使用时，热敏电阻所消耗的功率不得超过额定功率 100)/(HGHC/上一页下一页返 回4. 4. 热敏电阻的线性化热敏电阻的线性化上一页下一页返 回串联在热敏电阻中的R的最佳值 MHLHLHLMRRRRRRRRR22)(2.3.3 热电阻式传感器的应用热电阻式传感器的应用1、金属热电阻传感器 200+500范围的温度测量 特点：精度高、适于测低温。2、半导体热敏电阻传感器应用范围很广，可在宇宙航船、医学、工业及家用电器等方面用作测温、控温、温度补偿、流速测量、液面指示等。 上一页下一页返 回1 1、金属热电阻传感器、金属热电阻传感器工业广泛使用，200+500范围温度测量。在特殊情况下，测量的低温端可达3.4K，甚至更低，1K左右。高温端可测到1000。温度测量的特点：精度高、适于测低温。传感器的测量电路：经常使用电桥 精度较高的是自动电桥。为消除由于连接导线电阻随环境温度变化而造成的测量误差，常采用三线制和四线制连接法。上一页下一页返 回三线制 热电阻测温电桥的三线制接法热电阻测温电桥的三线制接法 工业用热电阻一般采用三线制工业用热电阻一般采用三线制 G检流计，检流计，R1 ，R2 ，R3固定电阻，固定电阻，R a零位调节电阻，零位调节电阻， R t 热电阻热电阻上一页下一页返 回lG G为指示电表，为指示电表，R R1 1、R R2 2、R R3 3为固定电阻，为固定电阻， R Ra a为零位为零位调节电阻。热电阻都通过电阻分别为调节电阻。热电阻都通过电阻分别为r r1 1、r r3 3、r r3 3的的三根导线和电桥连接，三根导线和电桥连接，r r2 2、r r3 3分别接在相邻的两分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的长度和电阻温度臂，当温度变化时，只要它们的长度和电阻温度系数相同，它们的电阻变化就不会影响电桥的状系数相同，它们的电阻变化就不会影响电桥的状态，即不会产生温度误差。态，即不会产生温度误差。l电桥在零位调整时，应使电桥在零位调整时，应使R R4 4R Ra aR Rt0t0为电阻在参为电阻在参考温度（如考温度（如00）时的电阻值。三线连接法的缺点）时的电阻值。三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。可能导致电桥的零点不稳。四线制接法 热电阻测温电桥的四线制接法热电阻测温电桥的四线制接法 精密测量中，采用四线制接法精密测量中，采用四线制接法 上一页下一页返 回2 2、半导体热敏电阻传感器、半导体热敏电阻传感器 温度测量 流量测量 温度补偿 温度控制上一页下一页返 回 温度测量 上一页下一页返 回热敏电阻点温计热敏电阻点温计 l使用时先将切换开关S连到1处用以校正电路，调节R6使显示仪表的指针转至测量上限，用以消除由于电源E电压变化产生的误差。当热敏电阻传感器插入被测介质后，再将s切换至2处，接通测量电路，此时显示值即为被测温度值。lE是电池，电池的电压会随着使用的时间慢慢降低的，电压低了测出来的温度会变小，1档的位置电阻R4是正常时的满量程标准电阻，这时只要调整R6使得量程打满，仪表就校准了，此时不受电池电压的影响，仪表是准确的，切换到2档就能正常测量了。l 注意，每次测量前都要校准的！ 流量测量流量测量利用热敏电阻上的热量消耗和介质流速的关系可以测量流量、流速、风速等 上一页返 回热敏电阻流量计热敏电阻流量计 温度补偿上一页下一页返 回仪表中的电阻温度补偿电路仪表中的电阻温度补偿电路 金属一般具有正的温度系数，金属一般具有正的温度系数，采用负温度系数的热敏电阻进行补偿，采用负温度系数的热敏电阻进行补偿，可以抵消由于温度变化所产生的误差可以抵消由于温度变化所产生的误差 (4) 温度控制上一页下一页返 回简易温度控制器简易温度控制器 薄膜型及普通型铂热电阻小型铂热电阻防爆型铂热电阻汽车用水温传感器及水温表铜热铜热电阻电阻铂电阻温度显示、变送器