传感器课件第8章热电式传感器.ppt

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1、传感技术热电式传感器第八章第八章 热电式传感器热电式传感器l学习要求学习要求1.1.了解热电偶传感器基本结构和工作原理了解热电偶传感器基本结构和工作原理2.2.掌握热电偶传感器温度补偿方法掌握热电偶传感器温度补偿方法3.3.了解热电阻传感器基本结构和工作原理了解热电阻传感器基本结构和工作原理传感技术热电式传感器热电偶热电偶-2001300C热电式传感器热电式传感器热电阻热电阻-200850 C传感技术热电式传感器热电偶传感技术热电式传感器热电偶传感技术热电式传感器热电偶传感技术热电式传感器热电偶传感技术热电式传感器防腐热电偶传感技术热电式传感器固定螺纹接头式热电偶传感技术热电式传感器直形管接头

2、式热电偶传感技术热电式传感器铂电阻传感技术热电式传感器热电阻传感技术热电式传感器热电阻传感技术热电式传感器热电阻传感技术热电式传感器热电阻传感技术热电式传感器热电阻传感技术热电式传感器热电阻传感技术热电式传感器固定法兰式热电阻传感技术热电式传感器热敏电阻传感技术热电式传感器热敏电阻主要用于空调、电子台历、冰箱、电磁炉、电饭煲、烤枪，充电器等等传感技术热电式传感器豆浆机温度传感器传感技术热电式传感器 镀镍铜壳温度传感器主要用于家用冰箱、空调器、电热水器、控温仪器、饮水机、汽车传感技术热电式传感器8-1热电偶传感器热电偶传感器一、热电偶工作原理一、热电偶工作原理 热电偶的测温原理基于热电效应。热电

3、偶的测温原理基于热电效应。工作端工作端 参比端参比端 图图8-1 8-1 热电效应热电效应 TT TT0 0 这种由两种导体的组合并将温度转化为热这种由两种导体的组合并将温度转化为热电动势的传感器叫做热电偶电动势的传感器叫做热电偶。传感技术热电式传感器注意：热电偶构成条件1、两种不同导体2、闭合回路3、两接合点处温度不同传感技术热电式传感器“塞贝克温差电动势”简称“热电动势”热电动势：热电动势：两种导体接触电势两种导体接触电势单一导体温差电势单一导体温差电势传感技术热电式传感器1.1.接触电动势接触电动势 设导体A和B的自由电子密度为NA和NB，且NANB。图8-2 热电效应传感技术热电式传感

4、器接触电势：式中lk玻耳兹曼常数，k=1.3810-23J/K；le电子电荷量，e1.610-19 C；lT接触处的温度，K；lNA，NB分别为导体A和B的自由电子密度。传感技术热电式传感器2.温差电势 又称为汤姆逊电势 其大小为：式中为汤姆逊系数，表示温差1所产生的电动势值，其大小与材料性质及两端的温度有关。传感技术热电式传感器 3.热电势 导体导体A和和B组成的热电偶闭合电路组成的热电偶闭合电路 在两个接点处有两个接触电势：在两个接点处有两个接触电势：eAB(T)与与eAB(T0)因为因为TT0，在导体，在导体A和和B中还各有一个温差电势：中还各有一个温差电势：和和 图8-3 闭合回路温差

5、电动势传感技术热电式传感器 即即（10-3）式中式中NAT、NAT0导体导体A在结点温度为在结点温度为T T、T0T0时的电子密度；时的电子密度；NBT、NBT0导体导体B在结点温度为在结点温度为T T、T0T0时的电子密度；时的电子密度；A、B 导体导体A、B的汤姆逊系数。的汤姆逊系数。所以闭合回路总热电动势所以闭合回路总热电动势EAB(T,T0)应为接触电动势应为接触电动势和温差电势的代数和，即：和温差电势的代数和，即：传感技术热电式传感器结论结论:1.热电偶必须采用两种不同的材料作为热热电偶必须采用两种不同的材料作为热电极；电极；2.如果热电偶两结点温度相同，即如果热电偶两结点温度相同，

6、即T=T0，则尽管导体则尽管导体A、B的材料不同，热电偶回的材料不同，热电偶回路中的总电动势也为零。路中的总电动势也为零。3.热电偶热电偶AB的热电动势与的热电动势与A、B材料的中材料的中间温度无关，只与结点温度有关。间温度无关，只与结点温度有关。传感技术热电式传感器二、热电偶基本定律二、热电偶基本定律1、中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种材料的导在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，第三导体的体，只要其两端的温度相等，第三导体的引入不会影响热电偶的热电动势引入不会影响热电偶的热电动势。图图8-4 8-4 具有第三导体的热电偶回路具有第三导体的热电偶回路传感技术热电式传

7、感器证明如下：A、B结点温度为T，其余结点温度为T0，且TT0时，则回路中总热电势为 (8-4)当 T=T0 时，回路中总电动势为零，即 （8-5）传感技术热电式传感器则有 （8-6）代入式（8-4）得：（8-7）传感技术热电式传感器 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，第三导体的引入只要其两端的温度相等，第三导体的引入不会影响热电偶的热电动势。这就是不会影响热电偶的热电动势。这就是中间中间导体定律。导体定律。根据这个定律，可以将第三导线换成根据这个定律，可以将第三导线换成测试仪表或连接导线，只要保持两结点温测试仪表或连接导线，只要保持

8、两结点温度相同，就可以对热电势进行测量而不影度相同，就可以对热电势进行测量而不影响原热电动势的数值。响原热电动势的数值。结论结论：传感技术热电式传感器2 2、参考电极定律、参考电极定律 当结点温度为当结点温度为T T、T T0 0时，用导体时，用导体A,B组成的热电组成的热电偶的热电动势等于偶的热电动势等于AC 热电偶和热电偶和C B热电偶的热电偶的热电动势的代数和热电动势的代数和,即即（8-88-8）传感技术热电式传感器对于对于AC热电偶：热电偶：（8-9）对于对于BC热电偶：热电偶：（8-108-10）于是于是图8-5 参考电极定律示意图传感技术热电式传感器 （8-11）由于由于则有则有传

9、感技术热电式传感器因此，式（8-11）可写为 （8-12）这就是参考电极定律。传感技术热电式传感器3 3、中间温度定律、中间温度定律热电偶AB在接点温度为、中间温度为该定律是参考端温度计算修正法的理论依据。在实际热电偶测温回路中,利用热电偶这一性质,可对参考端温度不为0的热电势进行修正。传感技术热电式传感器三、标准化热电偶三、标准化热电偶根据前面所述，似乎任根据前面所述，似乎任何两种不同导体，都可以何两种不同导体，都可以组成一对热电偶。但是在实际应用时，为了应用可靠，组成一对热电偶。但是在实际应用时，为了应用可靠，并且有足够的测量准确度，并不是所有材料均可以用并且有足够的测量准确度，并不是所有

10、材料均可以用来作热电偶的，对组成热电偶的材料应具备以下一些来作热电偶的，对组成热电偶的材料应具备以下一些条件：条件：1.在测温的范围内，热电特性要稳定，不随时间而变化。在测温的范围内，热电特性要稳定，不随时间而变化。2.在测温的范围内，物理、化学性能要稳定，不易氧化或腐蚀在测温的范围内，物理、化学性能要稳定，不易氧化或腐蚀3.在测温中产生的热电动势要大，并且热电动势随温度变化为在测温中产生的热电动势要大，并且热电动势随温度变化为单值的、线性的、或者接近线性的。单值的、线性的、或者接近线性的。4.电阻温度系数要小，电阻率要高。电阻温度系数要小，电阻率要高。5.材料的复制性好，易焊接、拉丝和加工。

11、材料的复制性好，易焊接、拉丝和加工。传感技术热电式传感器根据上述要求，国际上目前得到应用的根据上述要求，国际上目前得到应用的热电偶材料有热电偶材料有300多种，广泛应用的有多种，广泛应用的有4050种。国际电工委员会种。国际电工委员会IEC对已被公对已被公认为性能比较好的七种热电偶制订了统认为性能比较好的七种热电偶制订了统一的标准。我国已采用一的标准。我国已采用IEC标准，按标标准，按标准生产，并按标准分度表生产与之相配准生产，并按标准分度表生产与之相配的显示仪表。的显示仪表。IEC推荐的标准化热电偶推荐的标准化热电偶如表如表10-1所示。所示。传感技术热电式传感器表8-1热电偶标准分度表热电

12、偶名称IEC分度号我国分度号国家标准号新旧铂铑10-铂铂铑30-铂铑6镍铬-镍硅铜-铜镍（康铜）镍铬-铜镍（康铜）铁-铜镍（康铜）铂铑13-铂SBKTEJRSBKTEJRLB-3LL-2EU-2CK-GB3772-83GB2902-82GB2614-85GB2903-82GB4993-85GB4994-85GB1598-79传感技术热电式传感器四、常用热电偶 适适于于制制作作热热电电偶偶的的材材料料有有300300多多种种，其其中广泛应用的有中广泛应用的有40504050种。种。国国际际电电工工委委员员会会向向世世界界各各国国推推荐荐8 8种种热热电电偶偶作作为为标标准准化化热热电电偶偶，我我

13、国国标标准准化化热热电电偶偶也也有有8 8种种。分分别别是是：铂铂铑铑10-10-铂铂(分分度度号号为为S)S)、铂铂铑铑13-13-铂铂(R)(R)、铂铂铑铑30-30-铂铂铑铑6(B)6(B)、镍镍铬铬-镍镍硅硅(K)(K)、镍镍铬铬-康康铜铜(E)(E)、铁铁-康康铜铜(J)(J)、铜铜-康康铜铜(T)(T)和和镍镍铬铬硅硅-镍镍硅硅(N)(N)。下下面简要介绍其中几种：面简要介绍其中几种：传感技术热电式传感器(1)(1)铂铑铂铑10-10-铂热电偶铂热电偶 直径直径 ：0.5mm0.5mm；分度号分度号：S S；正极正极 ：铂铑丝：铂铑丝,负极负极：纯铂丝；：纯铂丝；特点特点 ：a,a

14、,是热电性能好，抗氧化性强，宜在氧化性、是热电性能好，抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用。惰性气氛中连续使用。b,b,长期适用的温度为长期适用的温度为14001400，超过此温度时，超过此温度时，即使在空气中纯铂丝也将再结晶而使晶粒增大。即使在空气中纯铂丝也将再结晶而使晶粒增大。c,c,短期使用温度为短期使用温度为16001600。在所有的热电偶中，。在所有的热电偶中，它的准确度等级最高它的准确度等级最高,通常用作标准或测量高温的通常用作标准或测量高温的热电偶，其使用温度范围广（热电偶，其使用温度范围广（0160001600），均质性），均质性及互换性好。及互换性好。缺点缺点：价格昂贵

15、：价格昂贵,热电势较小，需配灵敏度高的热电势较小，需配灵敏度高的显示仪表。显示仪表。传感技术热电式传感器传感技术热电式传感器(2)镍铬-镍硅(镍铝)热电偶 分度号分度号：K K；正极正极 ：镍铬为，：镍铬为，负极负极：镍硅；：镍硅；特点特点 ：a,a,使用温度范围宽（使用温度范围宽（-501300-501300），高温下性能较），高温下性能较 稳定，热电动势和温度的关系近似线性；稳定，热电动势和温度的关系近似线性；b,b,价格便宜，因此是目前用量最大的一种热电偶；价格便宜，因此是目前用量最大的一种热电偶；c,c,它适用于在氧化性和惰性气氛中连续使用，短期它适用于在氧化性和惰性气氛中连续使用，短

16、期 使用温度为使用温度为12001200，长期使用温度为，长期使用温度为10001000；传感技术热电式传感器传感技术热电式传感器(3)镍铬康铜热电偶 分度号分度号：E E；正极正极：镍铬，：镍铬，负极负极：康铜；：康铜；特点特点：a,a,常用热电偶中热电动势最大，即灵敏度最高；常用热电偶中热电动势最大，即灵敏度最高；b,b,适适宜宜在在250870250870范范围围内内的的氧氧化化性性或或惰惰性性气气氛氛中使用中使用,尤其适宜在尤其适宜在00以下使用；以下使用；c,c,在湿度大的情况下在湿度大的情况下,较其他热电偶耐腐蚀较其他热电偶耐腐蚀。传感技术热电式传感器传感技术热电式传感器(4)铜-

17、康铜热电偶分度号分度号：T T正极正极 ：纯铜，：纯铜，负极负极：康铜；：康铜；特点特点 ：a,a,在贱金属热电偶中准确度最高；在贱金属热电偶中准确度最高；b,b,热电丝均匀性好；热电丝均匀性好；c,c,使用温度范围为使用温度范围为-200-200350350。此外，还有非标准化热电偶，有钨铼系列此外，还有非标准化热电偶，有钨铼系列（属难融金属），铂铑系列，铱铑系列，铂钼系（属难融金属），铂铑系列，铱铑系列，铂钼系列及非金属热电偶等等。列及非金属热电偶等等。传感技术热电式传感器五、热电偶温度补偿 根据热电偶测温原理，只有当热电偶的参根据热电偶测温原理，只有当热电偶的参考端的温度保持不变时，热电

18、动势才是被测考端的温度保持不变时，热电动势才是被测温度的单值函数。我们经常使用的分度表及温度的单值函数。我们经常使用的分度表及显示仪表，都是以热电偶参考端的温度为显示仪表，都是以热电偶参考端的温度为00为先决条件的。但是在实际使用中，因热电为先决条件的。但是在实际使用中，因热电偶长度受到一定限制，参考端温度直接受到偶长度受到一定限制，参考端温度直接受到被测介质与环境温度的影响，不仅难于保持被测介质与环境温度的影响，不仅难于保持00，而且往往是波动的，无法进行参考端温，而且往往是波动的，无法进行参考端温度修正。因此，要使变化很大的参考端温度度修正。因此，要使变化很大的参考端温度恒定下来，通常采用

19、补偿导线法和参考端温恒定下来，通常采用补偿导线法和参考端温度恒定法。度恒定法。传感技术热电式传感器1.0C恒温法恒温法这种方法是将热电偶的参比端保持在这种方法是将热电偶的参比端保持在稳定的稳定的0 0 C C环境中。在实验室中采用环境中。在实验室中采用冰浴法，通常是把参比端放在盛有绝冰浴法，通常是把参比端放在盛有绝缘油的试管中，然后再将其放入装满缘油的试管中，然后再将其放入装满冰水混合物的保温容器中，使参比端冰水混合物的保温容器中，使参比端保持保持0 0 C C。这种方法是一种理想方法，这种方法是一种理想方法，但只适用于实验室中使用，工业中使但只适用于实验室中使用，工业中使用极其不便。用极其不

20、便。传感技术热电式传感器 2.2.电位补偿法电位补偿法电位补偿法电位补偿法是在热电偶回路中串入一个是在热电偶回路中串入一个自动补偿的电动势。自动补偿的电动势。如图如图10-510-5所示，所示，H是工作端，它的工作是工作端，它的工作温度为温度为t，而冷端放在补偿器，而冷端放在补偿器C中，温度中，温度为为tn，在补偿器中还放有，在补偿器中还放有R3和具有正温度和具有正温度系数的电阻系数的电阻Rt。外加电源。外加电源U为一恒定电压，为一恒定电压，为了调整分压比，电路还串联了电位器为了调整分压比，电路还串联了电位器R1和电阻和电阻R2，经补偿了的热电偶输出为，经补偿了的热电偶输出为E（t，t0）。）

21、。传感技术热电式传感器图8-5电位补偿法原理传感技术热电式传感器 当冷端为一恒定温度时，（假定这个温当冷端为一恒定温度时，（假定这个温度不是度不是0C），），A点供给热电偶回路一个点供给热电偶回路一个不变的修正电动势，其大小等于不变的修正电动势，其大小等于E（tn，t0），式中），式中t0=0C。l当冷端温度波动时，则热电偶回路中的当冷端温度波动时，则热电偶回路中的热电动势与补偿电路中的热电动势与补偿电路中的UA会相应地向会相应地向相反方向变化，从而补偿了热电偶电动相反方向变化，从而补偿了热电偶电动势的变化。经适当地选择电阻参数。可势的变化。经适当地选择电阻参数。可以足够准确地对冷端进行补偿。

22、以足够准确地对冷端进行补偿。传感技术热电式传感器3.电桥补偿法电桥补偿法 电桥补偿法电桥补偿法是利用不平衡电桥产生的电是利用不平衡电桥产生的电动势来补偿热电偶因参比端温度变化而引起动势来补偿热电偶因参比端温度变化而引起的热电势变化值。的热电势变化值。传感技术热电式传感器不不平平衡衡电电桥桥由由R1、R2、R3(锰锰铜铜丝丝绕绕制制)、RCu(铜铜丝丝绕绕制制)四个桥臂和桥路电源组成。四个桥臂和桥路电源组成。设计时，在设计时，在0下使电桥平衡下使电桥平衡(R1=R2=R3=RCu),此时此时Uab=0,电桥对仪表读数无影响。电桥对仪表读数无影响。电桥补偿的作用注注意意：桥桥臂臂RCu必必须须和和

23、热热电电偶偶的的冷冷端靠近，使处于同一温度之下。端靠近，使处于同一温度之下。mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3RT0RCuUa Uab EAB(T,T0)供电供电4V直流，在直流，在040或或-2020的范围起补偿作用。的范围起补偿作用。注注意意，不不同同材材质质的的热热电电偶偶所所配配的的冷冷端端补补偿偿器器，其其中中的的限限流流电电阻阻R不一样，互换时必须重新调整。不一样，互换时必须重新调整。传感技术热电式传感器4.4.计算修正法计算修正法用普通室温计算出参比端实际温度用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算，利用公式计算例例用用铜铜-康康铜铜热

24、热电电偶偶测测某某一一温温度度T，参参比比端端在在室室温温环环境境TH中中，测测得得热热电电动动势势EAB(T，TH)=1.979mV，又又用用室室温温计计 测测 出出 TH=21,查查 此此 种种 热热 电电 偶偶 的的 分分 度度 表表 可可 知知，EAB(21,0)=0.84mV，故得，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.979+0.84 =2.819(mV)再次查分度表，与再次查分度表，与2.819mV对应的热端温度对应的热端温度T=69。注意注意:既不能只按既不能只按1.979mV1.979mV查表，认为查表，认为T T=49=49，也，也不能把不能把

25、4949加上加上2121，认为，认为T T=70=70。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)传感技术热电式传感器传感技术热电式传感器5.补偿导线的应用补偿导线的应用实际使用时，热电偶的参比端必须引实际使用时，热电偶的参比端必须引入到一个恒定温度环境中或引到补偿电路入到一个恒定温度环境中或引到补偿电路两端，在此中间不能用一般的铜导线连接。两端，在此中间不能用一般的铜导线连接。最简单的方法是直接用热电偶电极延长，最简单的方法是直接用热电偶电极延长，但实际上有的热电偶是贵金属，价格昂贵，但实际上有的热电偶是贵金属，价格昂贵，不能拉线过长，即使使用是非贵金属热电不能拉线过长，即

26、使使用是非贵金属热电偶，有的比较粗也不适合延长。特别在工偶，有的比较粗也不适合延长。特别在工业装置上使用的热电偶一般都有固定结构，业装置上使用的热电偶一般都有固定结构，所以也不能随意延长。一般在热电偶使用所以也不能随意延长。一般在热电偶使用中都采用补偿导线。中都采用补偿导线。传感技术热电式传感器所谓补偿导线就是用热电性质与热电偶相所谓补偿导线就是用热电性质与热电偶相近的材料制成导线，用它将热电偶的参比近的材料制成导线，用它将热电偶的参比端延长到需要的地方，而且不会对热电偶端延长到需要的地方，而且不会对热电偶回路引入超出允许的附加温度误差。回路引入超出允许的附加温度误差。随着热电偶的标准化，补偿

27、导线也形成了随着热电偶的标准化，补偿导线也形成了标准系列。国际电工委员会标准系列。国际电工委员会IEC也制定了也制定了国际标准，适合于标准化热电偶使用。见国际标准，适合于标准化热电偶使用。见表表10-4传感技术热电式传感器补偿导线型号配用热电偶的分度号补偿导线合金丝补偿导线颜色正极负极正极负极SCKCKXEXJXTXS（铂铑10-铂）K（镍铬-镍硅）K（镍铬-镍硅）E（镍铬-铜镍）J（铁-铜镍）T（铜-铜镍）SPC（铜）KPC（铜）KPX（镍铬）EPX（镍硅）JPX（铁）TPX（铜）SNC（铜镍）KNC（铜镍）KNX（镍硅）ENX（铜镍）JNX（铜镍）TNX（铜镍）红红红红红红绿蓝黑棕紫白表1

28、0-4补偿导线的分类型号与分度号传感技术热电式传感器六、热电偶的结构形式六、热电偶的结构形式为了适应不同生产对象的测温要求和条件,热电偶的结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜热电偶等。1、普通型热电偶普通型热电偶普通型结构热电偶工业上使用最多,它一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成传感技术热电式传感器2、铠装热电偶铠装热电偶铠装热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体,它可以做得很细很长,使用中随需要能任意弯曲。铠装热电偶的主要优点是测温端热容量小,动态响应快,机械强度高,挠性好,可安装在结构复杂的装置上,因此被广泛用在许多工业部门中。

29、传感技术热电式传感器3、薄膜热电偶、薄膜热电偶薄膜热电偶是由两种薄膜热电极材料,用真空蒸镀、化学凃层等办法蒸镀到绝缘基板上面制成的一种特殊热电偶,薄膜热电偶的热接点可以做得很小（可薄到0.010.1m）,具有热容量小,反应速度快等的特点,热相应时间达到微秒级,适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。传感技术热电式传感器七、七、热电偶测温线路热电偶测温线路热电偶测温时,它可以直接与显示仪表（如电子电位差计、数字表等）配套使用,也可与温度变送器配套,转换成标准电流信号,下图 为典型的热电偶测温线路。传感技术热电式传感器例：例：用镍铬一镍硅热电偶测炉温时，其冷端温度to30，在直流电位

30、差计上测得的电动势EAB(t,30)=38500mV，求炉温为多少?镍铬一镍硅热电偶分度表（自由端温度为0 ）传感技术热电式传感器解：解：查镍铬一镍硅热电偶K分度表得：根据中间温度定律得：查镍铬一镍硅热电偶K分度表得：传感技术热电式传感器8-2热电阻传感器热电阻传感器一、概述一、概述热电阻传感器是利用导体的电阻值随温度的热电阻传感器是利用导体的电阻值随温度的变化的特性，对温度和与温度有关的参数进行检变化的特性，对温度和与温度有关的参数进行检测的装置。测的装置。热电阻传感器的主要优点有：热电阻传感器的主要优点有：1.测量准确度高；测量准确度高；2.有较大的测量范围，尤其在低温方面；有较大的测量范

31、围，尤其在低温方面；3.易于使用在自动测量和远距离测量中。易于使用在自动测量和远距离测量中。热电阻传感器一般常用于测量热电阻传感器一般常用于测量-200850范范围内的温度，少数情况下，低温可至围内的温度，少数情况下，低温可至1K，高温可，高温可达达1000。传感技术热电式传感器二、热电阻材料和常用热电阻二、热电阻材料和常用热电阻作为测量温度用的热电阻材料必须具作为测量温度用的热电阻材料必须具有以下特点：有以下特点：1.1.高且稳定的温度系数和大的电阻率，以高且稳定的温度系数和大的电阻率，以便提高灵敏度和保证测量准确度；便提高灵敏度和保证测量准确度；2.2.良好的输出特性，即电阻与温度变化接良

32、好的输出特性，即电阻与温度变化接近线性关系；近线性关系；3.3.在使用范围内，其化学、物理性能应保在使用范围内，其化学、物理性能应保持稳定；持稳定；4.4.良好的工艺性，以便于批量生产，降低良好的工艺性，以便于批量生产，降低成本。成本。传感技术热电式传感器根据上述要求，纯金属是制造热电阻的根据上述要求，纯金属是制造热电阻的主要材料。目前广泛应用的热电阻材料有铂、主要材料。目前广泛应用的热电阻材料有铂、铜、镍、铁等。这些材料的电阻率与温度的铜、镍、铁等。这些材料的电阻率与温度的关系一般可以近似用一个二次方程描述，即关系一般可以近似用一个二次方程描述，即式中式中电阻率；电阻率；t 温度；温度；a、

33、b、c由实验确定的常量。由实验确定的常量。传感技术热电式传感器下面介绍常用的几种热电阻材料和它们的特性下面介绍常用的几种热电阻材料和它们的特性(1)铂热电阻铂热电阻铂的物理化学性能极为稳定，并有良好的工铂的物理化学性能极为稳定，并有良好的工艺性。以铂作为感温元件具有示值稳定，测量准艺性。以铂作为感温元件具有示值稳定，测量准确度高等优点，其使用范围是确度高等优点，其使用范围是-200850。除。除作为温度标准外，还广泛用于高准确度的工业测作为温度标准外，还广泛用于高准确度的工业测量。量。铂热电阻的特性方程为铂热电阻的特性方程为在在-2000的温度范围内的温度范围内:Rt=R01+At+Bt2+C

34、t3(t-100)(8-15)在在0850的温度范围内的温度范围内:Rt=R0(1+At+Bt2)(8-16)传感技术热电式传感器式中式中Rt和和R0分别为分别为t和和0时铂电阻值时铂电阻值;A、B和和C为常数。为常数。从上式看出从上式看出,热电阻在温度热电阻在温度t时的电阻值与时的电阻值与R0有关。目前我国规定工业用铂热电阻有有关。目前我国规定工业用铂热电阻有R0=10和和R0=100两种两种,它们的分度号分别为它们的分度号分别为Pt10和和Pt100,其中以其中以Pt100为常用。铂热电阻不同分度号亦有相为常用。铂热电阻不同分度号亦有相应分度表应分度表,即即Rt-t的关系表的关系表,这样在

35、实际测量中这样在实际测量中,只只要测得热电阻的阻值要测得热电阻的阻值Rt,便可从分度表上查出对应便可从分度表上查出对应的温度值。的温度值。传感技术热电式传感器(2)铜热电阻铜热电阻铜热电阻的使用范围是铜热电阻的使用范围是-50180，具有电阻温，具有电阻温度系数大，价格便宜，互换性好等优点，但它固有度系数大，价格便宜，互换性好等优点，但它固有电阻太小，另外铜在电阻太小，另外铜在250以上易氧化。铜热电阻以上易氧化。铜热电阻在工业中的应有逐渐减少。在工业中的应有逐渐减少。铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系几乎是线性的几乎是线性的,可近似地表示为可近似

36、地表示为:Rt=R0（1+t）（8-17）式中式中为铜热电阻的电阻温度系数为铜热电阻的电阻温度系数,取取=4.2810-3/。铜热电组的两种分度号为铜热电组的两种分度号为Cu50(R0=50)和和Cu100（R0=100）。）。传感技术热电式传感器三、热电阻的结构三、热电阻的结构工业用热电阻的结构如图工业用热电阻的结构如图8-7所示。所示。它它由电阻体、由电阻体、绝缘管、保护套管、引线和接线盒绝缘管、保护套管、引线和接线盒等部分组成。等部分组成。电阻体由电阻丝和电阻支架组成。电阻体由电阻丝和电阻支架组成。电阻丝电阻丝采用双线无感绕法绕制在具有一定形状的云母、采用双线无感绕法绕制在具有一定形状的

37、云母、石英或陶瓷塑料支架上石英或陶瓷塑料支架上,支架起支撑和绝缘作用支架起支撑和绝缘作用,引出线通常采用直径引出线通常采用直径1mm的银丝或镀银铜丝的银丝或镀银铜丝,它与接线盒柱相接它与接线盒柱相接,以便与外接线路相连而测量以便与外接线路相连而测量显示温度。用热电阻传感器进行测温时显示温度。用热电阻传感器进行测温时,测量电测量电路经常采用电桥电路。路经常采用电桥电路。而热电阻与检测仪表相而热电阻与检测仪表相隔一段距离隔一段距离,因此热电阻的引线对测量结果有较因此热电阻的引线对测量结果有较大的影响。大的影响。传感技术热电式传感器图8-7热电阻结构传感技术热电式传感器热电阻内部引线方式有两线制、热

38、电阻内部引线方式有两线制、三线制和四三线制和四线制三种线制三种,如图如图8-8所示。所示。图图8-8热电阻内部引线方式热电阻内部引线方式传感技术热电式传感器l1、二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合2、三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。3、四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其

39、中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。传感技术热电式传感器测量电路测量电路三线制三线制图中图中G 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 R0 0为零位调为零位调节电阻。铂电阻通过电阻分别为节电阻。铂电阻通过电阻分别为r2、r3、R g的三根导的三根导线和电桥连接，线和电桥连接，r2和和r3分别接在相邻的两臂，当温度变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系数相同，它们的电化时，只要它们的长度和电阻温度

40、系数相同，它们的电阻变化就不会影响电桥的状态，即不产生温度误差。而阻变化就不会影响电桥的状态，即不产生温度误差。而R g分别接在指示电表和电源回路，其阻值变化也不会分别接在指示电表和电源回路，其阻值变化也不会影响电桥的平衡状态。影响电桥的平衡状态。R2R0R1R3ER tr3R gr2G传感技术热电式传感器8-3热敏电阻传感器一、热敏电阻的特点一、热敏电阻的特点热敏电阻是一种电阻值随其温度成指数变化热敏电阻是一种电阻值随其温度成指数变化的半导体热敏元件。广泛应用于家电、汽车、测的半导体热敏元件。广泛应用于家电、汽车、测量仪器等领域。特点如下：量仪器等领域。特点如下：(1)电阻温度系数大，灵敏度

41、高，比一般金属电阻电阻温度系数大，灵敏度高，比一般金属电阻大大10100倍；倍；(2)结构简单，体积小，可以测量结构简单，体积小，可以测量“点点”温度；温度；(3)电阻率高，热惯性小，适宜动态测量；电阻率高，热惯性小，适宜动态测量；(4)功耗小，不需要参考端补偿，适于远距离的测功耗小，不需要参考端补偿，适于远距离的测量与控制。量与控制。(5)阻值与温度的关系呈非线性；阻值与温度的关系呈非线性；(6)元件的稳定性和互换性较差。元件的稳定性和互换性较差。传感技术热电式传感器热敏电阻是有两种以上的过渡金属热敏电阻是有两种以上的过渡金属Mn、Co、N、Fe等复合氧化物构成的烧结体，根据组成的等复合氧化

42、物构成的烧结体，根据组成的不同，可以调整它的常温电阻及温度特性。多数不同，可以调整它的常温电阻及温度特性。多数热敏电阻具有负温度系数，即当温度升高时电阻热敏电阻具有负温度系数，即当温度升高时电阻值下降，同时灵敏度也下降。此外，还有正温度值下降，同时灵敏度也下降。此外，还有正温度系数热敏电阻和临界温度系数热敏电阻。除高温系数热敏电阻和临界温度系数热敏电阻。除高温热敏电阻外，不能用于热敏电阻外，不能用于350以上的高温。以上的高温。传感技术热电式传感器二、热敏电阻的结构与材料二、热敏电阻的结构与材料热敏电阻由热敏探头，引线，壳体等构成，见热敏电阻由热敏探头，引线，壳体等构成，见图图8-7。图图8-8热敏电阻的结构和符号热敏电阻的结构和符号1-探头；探头；2-引线；引线；3-壳体壳体传感技术热电式传感器根据不同的使用需求，热敏电阻可制成不同的结构形式，如图8-9所示。图8-9热敏电阻的结构形式传感技术热电式传感器完