冰箱温的检测热电阻热敏电阻.pptx

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1、2023/2/51任务要求在家用电器中，大量设备如电冰箱、电饭煲、热水器、电熨斗、洗衣机等，都要对温度进行测量。现在的冰箱要求保险功能越来越精确，对温度控制要求也更高，这就要求我们对温度进行检测，这里的温度传感器要求体积小、重量轻，价格低，可以选用热电阻或热敏电阻作为测温传感器。第1页/共55页1.1 热电阻式传感器1.1.1 金属热电阻1.1.2 半导体热敏电阻1.1.3 热电阻式传感器的应用 基于导体或半导体的电阻值随温度而变化的特性。优点：信号可以远传、灵敏度高、无参比温度。金属热电阻稳定性好、准确度高，可作为基准仪表。缺点：电源激励、自热现象，影响精度。第2页/共55页1.1.1 金属

2、热电阻作为热电阻的材料要求：电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度；电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸；热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性；应有良好的可加工性，且价格便宜。热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒使用最广泛的热电阻材料是铂和铜第3页/共55页1.1.常用热电阻(P22(P22页)铂热电阻主要作为标准电阻温度计，广泛应用于温度基准、标准的传递。铜热电阻测量精度要求不高且温度较低的场合，测量范围一般为50150。第4页/共55页 铂热电阻 目前最好材料长时间稳定的复现性可达10-4 K，是目前测温复现性最好

3、的一种温度计。铂电阻的精度与铂的提纯程度有关铂电阻的精度与铂的提纯程度有关 l 百度电阻比百度电阻比 W（100）越高，表示铂丝纯度越高，）越高，表示铂丝纯度越高，l国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，W（100）1.3925l目前技术水平已达到目前技术水平已达到W（100）1.3930，相当于，相当于99.9995%l工业用铂电阻的纯度工业用铂电阻的纯度W（100）为）为1.3871.390。第5页/共55页 铂丝的电阻值与温度之间的关系，即特性方程如下铂丝的电阻值与温度之间的关系，即特性方程如下:当温度当温度 t 在在0 t 650时：时：国内统一设

4、计的工业用标准铂电阻，国内统一设计的工业用标准铂电阻，W（100）1.391，R0分为分为10和和100两种，分度号分别为两种，分度号分别为Pt10和和Pt100，并给出其分度表（给出阻值和温度的关系）并给出其分度表（给出阻值和温度的关系）当温度t 在200 t 0时：第6页/共55页 铜热电阻应用：测量精度要求不高且温度较低的场合测量范围：50150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。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。第7页/共55页铜电阻的阻值与温度

5、之间的关系为铜电阻的阻值与温度之间的关系为工业上使用的标准化铜热电阻的工业上使用的标准化铜热电阻的R0按国内统一设按国内统一设计取计取50和和100两种，分度号分别为两种，分度号分别为Cu50和和Cu100，相应的分度表可查阅相关资料。，相应的分度表可查阅相关资料。A、B、C为常数，常取为常数，常取A(4.254.28)10-3/.铜热电阻第8页/共55页P23页 第三种电阻镍热电阻l应用：测温范围，应用：测温范围，-100+300。l优点：电阻温度系数高，电阻率大。优点：电阻温度系数高，电阻率大。l缺缺点点：易易于于氧氧化化，化化学学稳稳定定性性差差，不不易易提提纯纯，复复制性差，非线性大，

6、目前应用不多。制性差，非线性大，目前应用不多。第9页/共55页2.热电阻的结构普普通通工工业业用用热热电电阻阻式式温温度度传传感感器器第10页/共55页热电阻的结构电阻丝采用无感绕法（两线圈电流流向相反，电感互相电阻丝采用无感绕法（两线圈电流流向相反，电感互相抵消）绕在绝缘支架上，图抵消）绕在绝缘支架上，图b所示。所示。11电阻体；电阻体；22瓷绝缘套管；瓷绝缘套管；33不锈钢套管；不锈钢套管；44安装固定件；安装固定件；55引线口；引线口；66接线盒；接线盒；77芯柱；芯柱；88电阻丝；电阻丝；99保护膜；保护膜；1010引线端引线端第11页/共55页热电阻结构第12页/共55页小型铂热电阻

7、第13页/共55页汽车用水温传感器及水温表铜热电阻铜热电阻请看汽车水温传感器视频请看汽车水温传感器视频第14页/共55页3 半导体热敏电阻（P24）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优 点：热敏电阻的温度系数比金属大（49倍）电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点温、表面温度及快速变化的温度。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。第15页/共55页1.热敏电阻特点与类型正温度系数(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 第16页/共55页 PTC热敏电阻正温度系数 钛酸钡掺合稀土元

8、素烧结而成 用途：各种电器设备的过热保护，发热源的定温控制，限流元件。CTR热敏电阻临界温度系数 以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物在弱还原气氛中混合烧结而成。在某个温度上电阻值急剧变化,具有开关特性。用途：温度开关 热敏电阻分类第17页/共55页热敏电阻分类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，改变混合物的成分和配比就可以获得测温范围、阻值及温度系数不同的NTC热敏电阻。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第18页/共55页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

9、直热式，即热敏电阻直接由连接的电路获得功率；四端器件：旁热式体积达到小型化与超小型化。第19页/共55页热敏电阻的结构形式 第20页/共55页热敏电阻外形 MF12型 NTC热敏电阻聚脂塑料封装聚脂塑料封装热敏电阻热敏电阻第21页/共55页其他形式的热敏电阻 玻璃封装NTC热敏电阻MF58 型热敏电阻型热敏电阻第22页/共55页其他形式的热敏电阻 带安装孔的热敏电阻带安装孔的热敏电阻大功率大功率PTC热敏电阻热敏电阻第23页/共55页其他形式的热敏电阻 贴片式NTC热敏电阻第24页/共55页其他形式的热敏电阻 MF58型（珠形）高精度负温度系数热敏电阻MF5A-3型热敏电阻型热敏电阻第25页/

10、共55页非标热敏电阻第26页/共55页3.热敏电阻的主要特性 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 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。第27页/共55页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

11、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:第28页/共55页 B和和值是表征热敏电阻材料性能的两个重要值是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数，热敏电阻的参数，热敏电阻的电阻温度系数电阻温度系数比金属丝的电比金属丝的电阻温度系数高很多，所以它的灵敏度很高。阻温度系数高很多，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第29页

12、/共55页 伏安特性在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I与其两端的电压U之间的关系。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。第30页/共55页4.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

13、小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。材料常数B(K)：描述材料特性的一个常数，取决于热敏电阻材料的激活能力，值大，灵敏度高。(3)电阻温度系数：指温度升高1时，电阻值的相对变化量。电阻率越高，温度系数也越大。(4)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/；(5)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；第31页/共55页(6)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。(7)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。(8)额定功率PE 在标准压力（7

14、50mmHg）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。第32页/共55页5.热敏电阻的线性化 NTC的几种组合电路及其热电特性 热敏电阻的电阻热敏电阻的电阻-温度特性呈指数关系，有较大非线温度特性呈指数关系，有较大非线性，一般处理方法是与温度系数小的电阻进行串并联，使性，一般处理方法是与温度系数小的电阻进行串并联，使其等效电阻在一定温度范围内是线性的。其等效电阻在一定温度范围内是线性的。第33页/共55页1.1.3 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

15、。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。第34页/共55页1.金属热电阻传感器(P26页)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。第35页/共55页两线制这种引线方式简单、费用低，但是引线电阻以及引线电阻的变化会带来附加误差。两线制适于引线不长、测温精度要

16、求较低的场合。2r/R10-3时，时，误差才可忽略误差才可忽略第36页/共55页三线制 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，消除引线电阻影响，提高测量精度消除引线电阻影响，提高测量精度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 热电阻热电阻第37页/共55页四线制接法 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，有效消除线路寄生电势。，有效消除线路寄生电势。调零电位器第38页/共55页四线制l实验室用，高精

17、度测量l四根导线引到现场温度计。l当压表测量电流很小时，可完全消除引线电阻影响。恒流源供电恒流源供电第39页/共55页铂测温电阻传感器 铂测温电阻缺点：响应速度慢、容易破损、难于测定狭窄位置的温度。现逐渐使用能大幅度改善上述缺点的极细型铠装铂测温电阻，因而使应用领域进一步扩大。主要应用：钢铁、石油化工的各种工艺过程；纤维等工业的热处理工艺；食品工业的各种自动装置；空调、冷冻冷藏工业；宇航和航空、物化设备及恒温槽。第40页/共55页金属丝热电阻作为气体传感器的应用 1连通玻璃管连通玻璃管 2流通玻璃管流通玻璃管 3铂丝铂丝（a）真空度测量方法对环境温度变化比较敏感，）真空度测量方法对环境温度变化

18、比较敏感，实际应用中有恒温或温度补偿装置。可测到实际应用中有恒温或温度补偿装置。可测到133.32210-5Pa。（b）可检测管内气体介质成分比例变化、热风流速变化）可检测管内气体介质成分比例变化、热风流速变化第41页/共55页2.半导体热敏电阻传感器 温度测量 温度控制 温度补偿 流量测量第42页/共55页 温度测量 开关S旋到1处接通校正电路，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。当热敏电阻感温元件插入被测介质后，再将切换开关旋到2处，接通测量电路，这时显示仪表的示值即为被测介质的温度值。热热敏敏电电阻阻点点温温计计第43页/共55页 温度控制（P26

19、页）详讲简简易易温温度度控控制制器器 由VR设定动作温度。如下：实际温度低时，R t 大，VT1的be之间电压大于导通电压，VT1导通，相继VT2也导通，继电器吸合，电热丝加热。当实际温度达到要求控制的温度时，由于R t（NTC型）的阻值降低，使VTl的be电压过低(0.6V),VTl截止，相继VT2截止，继电器断开，电热丝断电而停止加热。这样便达到控制温度的目的。加热指加热指示灯示灯第44页/共55页 温度补偿仪仪表表中中的的电电阻阻温温度度补补偿偿电电路路 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

20、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 改善温度系数非线性改善温度系数非线性第45页/共55页(4)流量测量热式质量流量计原理：流体中热传递与热转移与流体质量的关系。利用外热源对被测流体加热，测量因流体流动造成的温度场变化，从而测得流体的质量流量。流量方程式：采用恒定功率法，测量温差T可以求出质量流量。若采用恒定温差法，求出输入功率P就可求出质量流量。第46页/共55页非接触式对称结构的热式流量计示意11镍管；镍管；(导热性能好导热性能好)22加热线圈；加热线圈；33测温线圈（电阻）；测温线圈（电阻）；44调零电阻；调零电阻；55电表电表原理：原理：加热器、测温电阻安装在小口径金属

21、管壁外，两个测温电阻接电桥输加热器、测温电阻安装在小口径金属管壁外，两个测温电阻接电桥输出。管内流体静止时，调节电桥平衡。当有流体流过时形成变化温度场，测出。管内流体静止时，调节电桥平衡。当有流体流过时形成变化温度场，测温电阻变化，电桥不平衡电压输出，正比于温差温电阻变化，电桥不平衡电压输出，正比于温差T，由此测出质量。由此测出质量。应用：应用：热式流量计适用于微小流量测量。需测大流量时，要作分流。结构简热式流量计适用于微小流量测量。需测大流量时，要作分流。结构简单，压力损失小，非接触测量。缺点灵敏度低，需温度补偿。单，压力损失小，非接触测量。缺点灵敏度低，需温度补偿。恒定功率法液体流向第47

22、页/共55页流量测量（P28页）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。热热敏敏电电阻阻流流量量计计 R t1和R t2分别置于管道中央和不受介质流速影响的小室中，介质静止时，电桥平衡；当介质流动时，将Rt1的热量带走，阻值变化，桥路相应输出。介质从R t1上带走的热量大小与介质流量有关，所以可以用它测流量。第48页/共55页插入式热式（气体）质量流量计原理：由两个基准级热电阻(铂RTD)组成。一个是质量速度传感器T1，一个是测量气体温度变化的温度传感器T2。当这两个RTD置于被测气体中时，其中传感器T1被加热到气体温度以上的一个恒定的温差，另一个传感器T2用于感应被测气体温度。随着气体质量流速的增加，气流带走更多热量,传感器T1的温度下降，要维持T1、T2恒定的温度差，T1的加热功率就要增大。第49页/共55页热敏电阻温度面板表 热敏电阻 LCD第50页/共55页热敏电阻体温表 有保持功能有保持功能第51页/共55页热敏电阻用于电热水器的温度控制 第52页/共55页热敏电阻用于热敏电阻用于CPUCPU温度测量温度测量第53页/共55页本章作业思考题 P39页6，7第54页/共55页感谢您的观看！第55页/共55页