第04讲_热电阻温度传感器精.ppt

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1、第第04讲讲_热电阻温度传感器热电阻温度传感器第1页，本讲稿共52页目录目录单击添加文字内容单击添加文字内容单击添加文字内容第2页，本讲稿共52页热电阻热电阻热电阻热电阻第3页，本讲稿共52页2.3.1金属热电阻热电阻金属热电阻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：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。使用最广泛的热电阻材料是铂和铜第4页，本讲稿共52页1.常用热电阻 铂热电阻主要作为

2、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5页，本讲稿共52页其中，Rt：温度为 t 时的电阻；R0：温度为 0 时的电阻；A：常数，3.940 10-2-1 B：常数，-5.84 10-7 -2C：常数，-4.22 10-12 -4 铂热电阻铂热电阻 目前最好材料目前最好材料第6页，本讲稿共52页 长时间稳定的复现性可达10-4 K，是目前测温复现性最好的一种温度计。铂电阻的精度与铂的提纯程度有关 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，国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，国际实用

3、温标规定，作为基准器的铂电阻，W（100）1.3925目前技术水平已达到目前技术水平已达到W（100）1.3930，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7页，本讲稿共52页第8页，本讲稿共52页国内统一设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50和和100两种，分度号分别为两种，分度号分别为 Pt50 和和 Pt100其其分度表（给出阻值和温度的关系）分度表（给出阻值和温度的关系）第9页，本讲稿共52页第10页，本讲稿共52页 铜热电阻铜热电阻应 用：测量精度要求不高且温度较低的场合测量范围：5015

4、0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11页，本讲稿共52页模型模型1：其中，其中，A、B、C为常数：为常数：A=4.28899 10-3/B=-2.133 10-7/2 C=1.233 10-9/3-50 150 精确计算时第12页，本讲稿共52页简便计算，常用二项式计算简便计算，常用二项式计算简便计算，常用二项式计算简便计算，常用二项式计算其中，Rt、R0 温度为 t 和 t 0时的电阻；温度为 t 0 时的温

5、度系数。模型模型2：第13页，本讲稿共52页几种常用金属热电阻材料参数几种常用金属热电阻材料参数材料温度系数（1/）比电阻（mm2/m）温度范围（）特 性铂3.9210-30.0981-200 +650 近线性铜4.2510-30.0170-50 +150线性铁6.5010-30.0910-50 +150非线性铁6.6010-30.1210-50 +100非线性第14页，本讲稿共52页国际温标国际温标国际温标国际温标IPTS-68IPTS-68规定：在规定：在规定：在规定：在 259.34 259.34 630.74 630.74 内，内，内，内，以铂电阻作为温度基准器以铂电阻作为温度基准器以

6、铂电阻作为温度基准器以铂电阻作为温度基准器 优点优点优点优点：（：（：（：（1 1）易提纯；）易提纯；）易提纯；）易提纯；（2 2）在高温和氧化性介质中性能稳定；）在高温和氧化性介质中性能稳定；）在高温和氧化性介质中性能稳定；）在高温和氧化性介质中性能稳定；（3 3）输出近线性；）输出近线性；）输出近线性；）输出近线性；（4 4）测量精度高。）测量精度高。）测量精度高。）测量精度高。分度表分度表分度表分度表 R R0 0=50=50 和和和和 100 100 时的时的时的时的 R Rt t t t 关系关系关系关系第15页，本讲稿共52页优 点（1）易提纯；（2）物理、化学特性稳定；（3）输出

7、近线性；（4）价格低廉。缺 点（1）电阻率低；（2）体积较大，热惯性较大；（3）温度高于100易氧化。第16页，本讲稿共52页3、其它热电阻、其它热电阻 低温、超低温低温、超低温材料温度范围优 点缺点铟电阻室温 4.3K4.2 15K，灵敏度是铂的10倍。材料软，重复性差。锰电阻63 2K（-271 -210）灵敏度高材料脆，难拉成丝。碳电阻-273 -268.5液氦温域价格低廉，对磁场不敏感。热稳定差第17页，本讲稿共52页两线制两线制指示仪表指示仪表指示仪表指示仪表r rr rR Rt t三、热电阻传感器的测量电路三、热电阻传感器的测量电路生产现场生产现场生产现场生产现场控制室控制室控制室

8、控制室第18页，本讲稿共52页两线制两线制第19页，本讲稿共52页电桥平衡时：若保证 Ra=Rb，则有：可见 r1，r2 对测量结果的影响较大第20页，本讲稿共52页1、三线制、三线制第21页，本讲稿共52页电桥平衡时：若保证 Ra=Rb，则有：r1，r2 的影响有了一定的减小第22页，本讲稿共52页第23页，本讲稿共52页电桥平衡时：若保证 Ra=Rb，则有：r1，r3 的影响减小得更小。第24页，本讲稿共52页（1 1）不受其它条件约束；）不受其它条件约束；）不受其它条件约束；）不受其它条件约束；（2 2）恒流源）恒流源）恒流源）恒流源 I I 稳定。稳定。稳定。稳定。电位差计电位差计电位

9、差计电位差计2、四线制、四线制第25页，本讲稿共52页第26页，本讲稿共52页四、热电阻应用举例四、热电阻应用举例例例1 1：测量真空度：测量真空度I恒温容器被测介质玻璃管铂电阻丝第27页，本讲稿共52页 第第第第 i i 种气体的导热系数种气体的导热系数种气体的导热系数种气体的导热系数 第第第第 i i 种气体的百分含量种气体的百分含量种气体的百分含量种气体的百分含量 已知已知已知已知 可测量可测量可测量可测量 可求出可求出可求出可求出A 参考室参考室参考室参考室 工作室工作室工作室工作室例例2：气体成分分析仪：气体成分分析仪第28页，本讲稿共52页2.3.2 半导体热敏电阻传感器半导体热敏

10、电阻传感器第29页，本讲稿共52页第30页，本讲稿共52页一、热敏电阻的结构和特点一、热敏电阻的结构和特点玻璃壳热敏电阻引线（a a）珠状）珠状）珠状）珠状 （b b）片状）片状）片状）片状 （c c）杆状）杆状）杆状）杆状 （d d）垫圈状）垫圈状）垫圈状）垫圈状金属氧化物：钴金属氧化物：钴金属氧化物：钴金属氧化物：钴CoCo、锰、锰、锰、锰MnMn、镍、镍、镍、镍Ni Ni 等的氧化物等的氧化物等的氧化物等的氧化物采用不同比例配方、高温烧结而成。采用不同比例配方、高温烧结而成。采用不同比例配方、高温烧结而成。采用不同比例配方、高温烧结而成。优点优点优点优点：（：（：（：（1 1）结构简单、

11、体积小、可测点温度；）结构简单、体积小、可测点温度；）结构简单、体积小、可测点温度；）结构简单、体积小、可测点温度；（2 2）电阻温度系数大，灵敏度高（）电阻温度系数大，灵敏度高（）电阻温度系数大，灵敏度高（）电阻温度系数大，灵敏度高（1010倍）；倍）；倍）；倍）；（3 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。）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。第31页，本讲稿共52页参 数单 位定 义标称阻值RH（冷电阻）(250.2)时测得的阻值。温度系数t1/20 时的电阻温度系数。散热系数H（耗散系数）W/自身发热使温度比环境温度

12、高出1 所需要的功率。时间常数秒（s）从温度t0的介质移入温度为t的介质中，温度升高t=0.632(t-t0)所需时间。热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数第32页，本讲稿共52页用途标准阻值25（k）额定功率（W）时间常数（s）耗散系数（mW/）温度补偿0.01 150.55温度补偿0.82 3000.254温度补偿10 10000.5 1157 7.6测控温6.8 10000.4 207 7.6测控温3 1000.03 0.57 7.6第33页，本讲稿共52页二、热敏电阻的温度特性二、热敏电阻的温度特性负温度系数热敏电阻：负温度系数热敏电阻：负温度系数热敏电阻：负温度系数热敏电阻：NTC

13、NTC 正温度系数热敏电阻：正温度系数热敏电阻：正温度系数热敏电阻：正温度系数热敏电阻：PTC PTC 临界温度系数热敏电阻：临界温度系数热敏电阻：临界温度系数热敏电阻：临界温度系数热敏电阻：CRT CRT 第34页，本讲稿共52页试验求A、B：1、NTC的的 R-T 特性特性第35页，本讲稿共52页 0 （273.15K）0 时的阻值时的阻值TR第36页，本讲稿共52页电流较小：线性，欧姆定律电流较小：线性，欧姆定律电流较小：线性，欧姆定律电流较小：线性，欧姆定律电流增加：阻值减小、非线性电流增加：阻值减小、非线性电流增加：阻值减小、非线性电流增加：阻值减小、非线性电流较大：阻值减小超过电流

14、增加电流较大：阻值减小超过电流增加电流较大：阻值减小超过电流增加电流较大：阻值减小超过电流增加2、NTC的伏安特性的伏安特性第37页，本讲稿共52页3、NTC的温度系数的温度系数 T低温段比高温段灵敏灵敏度比金属热电阻高（10倍）IU第38页，本讲稿共52页电阻网络（线性化网络）：精密电阻与热敏电阻串、并联电阻网络（线性化网络）：精密电阻与热敏电阻串、并联电阻网络（线性化网络）：精密电阻与热敏电阻串、并联电阻网络（线性化网络）：精密电阻与热敏电阻串、并联三、三、NTC的线性化处理的线性化处理A第39页，本讲稿共52页1、串联法、串联法ATR第40页，本讲稿共52页2、并联法、并联法TR第41页

15、，本讲稿共52页四、应用举例四、应用举例第42页，本讲稿共52页例例1：测流速：测流速A 热敏电阻热敏电阻 平衡电阻平衡电阻电桥平衡电桥失衡第43页，本讲稿共52页例例2：热电式继电器：热电式继电器JT T正常：正常：正常：正常：Rt Rt 较大、较大、较大、较大、BGBG不导通、不导通、不导通、不导通、J J 不吸合不吸合不吸合不吸合T T升高：升高：升高：升高：Rt Rt 减小、减小、减小、减小、BGBG导通、导通、导通、导通、J J 吸合吸合吸合吸合应用：电机过热保护应用：电机过热保护应用：电机过热保护应用：电机过热保护第44页，本讲稿共52页铂测温电阻传感器 铂测温电阻缺点：响应速度慢

16、、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45页，本讲稿共52页金属丝热电阻作为气体传感器的应用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

17、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46页，本讲稿共52页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 温度控制 温度补偿 流量测量第47页，本讲稿共52页 温度测量 热敏电阻点温计 第48页，本讲稿共52页 温度控制简简易易温温度度控控制制器器 第49页，本讲稿共52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，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 第50页，本讲稿共52页 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 热热敏敏电电阻阻流流量量计计 第51页，本讲稿共52页本次课程结束，谢谢欣赏本次课程结束，谢谢欣赏第52页，本讲稿共52页