第二章-第2-4节-《自动检测技术及应用(第2版)》课件.ppt
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1、第二节第二节 测温热电阻传感器测温热电阻传感器第三节第三节 气敏电阻传感器气敏电阻传感器第四节第四节 湿敏电阻传感器湿敏电阻传感器第二章,第第二章,第24节节 目录目录进入进入进入进入进入进入2/21/20231第二节第二节 测温热电阻传感器测温热电阻传感器 本节介绍本节介绍金属热电阻金属热电阻、热敏电阻、热敏电阻、湿敏电阻湿敏电阻传感器的传感器的原理、结构、分类、原理、结构、分类、测量转换电路及应用测量转换电路及应用等,介绍了三线等,介绍了三线制测量电路。制测量电路。2/21/20232测温热电阻传感器的分类测温热电阻传感器的分类 一、金属热电阻的正温度系数一、金属热电阻的正温度系数温度升高
2、,金属内部原子晶格的振动加剧温度升高,金属内部原子晶格的振动加剧,从而使金属内部的从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的自由电子通过金属导体时的阻碍增大阻碍增大,宏观上表现出,宏观上表现出电阻率变大,电阻值电阻率变大,电阻值增加增加,称其为,称其为正温度正温度系数,即系数,即电阻值与温度的电阻值与温度的变化趋势相同变化趋势相同。测温热电阻可分为测温热电阻可分为金属金属和和半导体半导体两大类。两大类。2/21/20233金属丝电阻随温度增高而变大的演示金属丝电阻随温度增高而变大的演示 取一只取一只 100W/220V 灯泡,用万用表测量其电阻值,灯泡,用万用表测量其电阻值,可以发现其冷态阻值只
3、有几十欧姆,而计算得到的额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定热态电阻值应为484。请说明钨丝的温度系数的正。请说明钨丝的温度系数的正负。负。2/21/20234易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻 制作热电阻的材料必须具有电阻温度系数大、制作热电阻的材料必须具有电阻温度系数大、线性好线性好、性能稳定性能稳定、一致性好一致性好、使用温度范围宽使用温度范围宽、加工容易等特、加工容易等特点。点。()2/21/20236金属热电阻材料的主要技术性能金属热电阻材料的主要技术性能 2/21/20237热电阻的阻值热电阻的阻值
4、Rt与温度与温度t的关系表达式的关系表达式R t=R0(1+At+Bt 2+Ct 3+Dt 4)式中式中 R t 热电阻在热电阻在t时的电阻值;时的电阻值;R0热电阻在热电阻在0时的电阻值;时的电阻值;A、B、C、D温度系数温度系数热电阻的阻值热电阻的阻值Rt与与t之间并不完全呈线性关系。在规定之间并不完全呈线性关系。在规定的测温范围内,根据国际电工委员会(的测温范围内,根据国际电工委员会(IEC)颁布的分)颁布的分度表数值,列出每隔度表数值,列出每隔1的的Rt电阻值,这种表格称为电阻值,这种表格称为热电热电阻分度表阻分度表,见,见附录附录C。在工程中,若不考虑线性度误差的影响,有时也可以在工
5、程中,若不考虑线性度误差的影响,有时也可以利用温度系数利用温度系数来来近似计算近似计算热电阻的阻值热电阻的阻值Rt。即:。即:R t=R0(1+t)。)。2/21/20238薄膜式铂热电阻薄膜式铂热电阻 Pt1000薄膜热电阻在薄膜热电阻在0时的电阻为时的电阻为1k,最大工作最大工作电电流小于流小于0.3mA。在真空清洁室中,在真空清洁室中,将铂将铂金属喷射在陶瓷体上金属喷射在陶瓷体上,然,然后用激光进行光刻和阻值后用激光进行光刻和阻值的微调的微调,再焊接两根引线。再焊接两根引线。在铂金上涂上一层特殊的在铂金上涂上一层特殊的绝缘玻璃层。薄膜热电阻绝缘玻璃层。薄膜热电阻的响应时间只需几秒。的响应
6、时间只需几秒。2/21/202310薄膜式铂热薄膜式铂热电阻工艺过电阻工艺过程示意图程示意图 2/21/202311防爆式铂热电阻防爆式铂热电阻 坚实的外壳起坚实的外壳起“隔爆隔爆”作用,作用,工作电流控制在安全范围。工作电流控制在安全范围。2/21/202313端面式端面式热电阻及其在测温端面的安装热电阻及其在测温端面的安装能更快速地反映被测端能更快速地反映被测端面的实际温度。面的实际温度。2/21/202315汽车用水温传感器及水温表汽车用水温传感器及水温表 铜热电阻铜热电阻2/21/202316铂电阻温度显示、变送器铂电阻温度显示、变送器上下限设定键上下限设定键上限上限下限下限上上限上上
7、限下下限下下限测量值测量值2/21/202318可设定温度的温度控制箱可设定温度的温度控制箱 旋转式机械旋转式机械 设定开关设定开关 拨码式拨码式 设定开关设定开关不易被改动,不易被改动,适合适合车间车间使用使用2/21/202319金属热电阻的测量转换电路金属热电阻的测量转换电路方案一:二线制电桥测量电路方案一:二线制电桥测量电路R1为铂热电阻,为铂热电阻,R2、R3、R4为锰铜精密电阻为锰铜精密电阻(固定电固定电阻阻)。电桥的调零在电桥的调零在0的情况下进行的情况下进行。热电阻。热电阻Rt被安装被安装在测温点上在测温点上,然后用连接导线连接到电桥的接线端子上。然后用连接导线连接到电桥的接线
8、端子上。引线电阻引线电阻r1a、r1b及其随长度和温度的变化将引起测量误及其随长度和温度的变化将引起测量误差差。2/21/202320方案二:四线制恒流测量电路方案二:四线制恒流测量电路 恒流源恒流源Ii的的恒定恒定激励电流流过激励电流流过Rt,在在R t上产生降压上产生降压Uo=Ii R t。输出电输出电压压Uo的变化量的变化量Uo与被测温度变化引与被测温度变化引起的电阻变化量起的电阻变化量R成正比。成正比。由由于于输输出出电电压压是是直直接接从从Rt两两端端引引出出的的,所所以以激激励励电电流流Ii在在r1a、r1b上上的的压压降降就就不不被被包包括括到到Uo中中,因因此此可可以以克克服服
9、引引线线电电阻阻的的影影响响。本本底底电电压压Uo0所所占占比比例例较较大大,而而反反映映温温度度变化的变化的Uo相对较小相对较小,降低了系统的分辨力降低了系统的分辨力。2/21/202321方案三:三线制电桥测量电路方案三:三线制电桥测量电路1连接电缆连接电缆 2屏蔽层屏蔽层 3恒流源恒流源 4法兰盘安装孔法兰盘安装孔 RP1调零电位器调零电位器 RP2调满度电位器调满度电位器2/21/202322放大器放大器4个主要电阻阻值的确定个主要电阻阻值的确定若若希希望望t100时时,放放大大器器的的输输出出电电压压Uo21.00V,则则K=10.82倍倍。Rf的的取取值值不不能能太太小小,一一般般
10、应应大大于于10k。若若考考虑虑到到非非理理想想运运放放的的输输入入失失调调电电流流和和失失调调电电压压以以及及输输入入偏置电流均不为零,所以偏置电流均不为零,所以Rf不应超过不应超过1M。为为了了增增大大桥桥路路的的负负载载电电阻阻,可可以以取取R11=R12为为整整数数值值100k,则则R13=Rf的理论值约为的理论值约为1082k,取标称值取标称值1M。若选用若选用Pt100标准热电阻标准热电阻,当当t100时,查时,查Pt100分分度表,得到度表,得到R100=134.71。设桥路激励源电压设桥路激励源电压Uac=1.25V,选取,选取R3、R4为为100精密锰铜线绕电阻,流精密锰铜线
11、绕电阻,流过热电阻的电流不能超过过热电阻的电流不能超过10mA。若忽略。若忽略r1、r2、RP1、RP2、R7的影响,由分压比公式可得桥路的输出电压为的影响,由分压比公式可得桥路的输出电压为2/21/202324利用热丝(铂热电阻)测量气体流速(流量)利用热丝(铂热电阻)测量气体流速(流量)内置铂金热丝内置铂金热丝风风2/21/202325利用热丝测量气体流速(流量)利用热丝测量气体流速(流量)内置铂金丝内置铂金丝被加热到被加热到200200风风铂丝接入单臂电桥铂丝接入单臂电桥t tv2/21/202326NTC热敏电阻的热敏电阻的材料与特性材料与特性以以锰、钴、镍和铜等金锰、钴、镍和铜等金属
12、氧化物属氧化物为主要材料为主要材料,采采用陶瓷工艺用陶瓷工艺制造而成。在制造而成。在低温时低温时,这些氧化物材料这些氧化物材料的载流子的载流子(电子和空穴电子和空穴)数数目少目少,所以其电阻值较高所以其电阻值较高。随着温度的升高随着温度的升高,载流子载流子数目增加数目增加,所以电阻值降所以电阻值降低低。电阻率和温度系数随。电阻率和温度系数随材料成分比例、烧结温度材料成分比例、烧结温度和结构状态不同而变化。和结构状态不同而变化。现在还出现了以现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代等为代表的非氧化物系列表的非氧化物系列NTC热敏电阻材料。热敏电阻材料。2/21/20232
13、8热敏电阻的外形、结构及符号热敏电阻的外形、结构及符号 a)圆片形)圆片形 b)柱形)柱形 c)珠形)珠形 d)铠装型)铠装型e)厚膜型)厚膜型 f)贴片式)贴片式 g)图形符号)图形符号1热敏电阻热敏电阻 2玻璃外壳玻璃外壳 3引出线引出线 4纯铜外壳纯铜外壳 5传热安装孔传热安装孔2/21/202329下图所示的四根曲线分别为哪一种热敏电阻?下图所示的四根曲线分别为哪一种热敏电阻?2/21/202331例:热敏电阻的特性曲线如下图曲线例:热敏电阻的特性曲线如下图曲线2,R01M,t025,B=4000,求求:100 时的电阻值时的电阻值 解解:T=273+100=373K(开氏)(开氏)结
14、论:结论:NTC在在100 时的阻时的阻值大约只有值大约只有25 时的时的(1/15)。2/21/202332热敏电阻外形热敏电阻外形 MF12型型 NTC热敏电阻热敏电阻聚脂塑料封装聚脂塑料封装热敏电阻热敏电阻2/21/202333其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 玻璃封装玻璃封装 NTC热敏电阻热敏电阻MF58 型热敏电阻型热敏电阻2/21/202334其他形式的热敏电阻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电流大电流PTC热敏电阻热敏电阻2/21/202335其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻(续)(续)贴片式贴片式NTC热敏电阻热敏电阻2/21/202336其
15、他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻(续)(续)MF58型(珠形)型(珠形)高准确度负温度系高准确度负温度系数热敏电阻数热敏电阻MF5A-3型热敏电阻型热敏电阻2/21/202337各种非标热敏电阻各种非标热敏电阻2/21/202338非标热敏电阻(续)非标热敏电阻(续)2/21/202339非标热敏电阻(续)非标热敏电阻(续)2/21/202340热敏电阻式温度面板表热敏电阻式温度面板表 热敏电阻热敏电阻 LCD显示器显示器2/21/202341热敏电阻电子体温表热敏电阻电子体温表 2/21/202342热敏电阻电子体温表的调试、标定方法热敏电阻电子体温表的调试、标定方法 调试时,应该调试时,
16、应该先调先调哪一只电位哪一只电位器器,再调,再调哪一只哪一只电位器?电位器?使用分隔刻度使用分隔刻度为为0.1的高准的高准确度温度计确度温度计,校校验本设计刻度中验本设计刻度中其他各点是否准其他各点是否准确确,并用单片机并用单片机进行线性化显示进行线性化显示.a)桥式电路)桥式电路 b)调频式电路)调频式电路 c)数字式体温表)数字式体温表1热敏电阻热敏电阻 2指针式显示器指针式显示器 3调零电位器调零电位器 4调满度电位器调满度电位器2/21/202343热敏电阻与电容器组成的热敏电阻与电容器组成的RCRC多谐振荡器多谐振荡器 多谐振荡器又称为矩形波发生器。多谐振荡器又称为矩形波发生器。去计
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- 自动检测技术及应用第2版 第二 自动检测 技术 应用 课件
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