热电阻式传感器587972.pptx

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1、6.2.1 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：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上一页下一页返回第1页/共45页表表 热电阻的主要技术性能热电阻的主要技术性能 第2页/共45页1.1.常用热电阻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。上一页下一页返回第3

2、页/共45页 铂热电阻 目前最好材料长时间稳定的复现性可达10-4K，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，国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，W（100）1.3925目前技术水平已达到W（100）1.3930，工业用铂电阻的纯度W（100）为1.3871.390。上一页下一页返回第4页/共45页铂丝的电阻值与温度之间的关系，即特性方程如下：当温度t在200t 0时：当温度t在0t 650时：国内统一设计的工业用标准铂电阻，W（100）1.391，R0分为50和100两种，分度号分别为Pt50和Pt100，其分度表（给出

3、阻值和温度的关系）上一页下一页返回第5页/共45页各种铂热电阻各种铂热电阻 第6页/共45页附录铂热电阻分度表第7页/共45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。上一页下一页返回第8页/共45页铜电阻的阻值与温度之间的关系为关系是线性的工业上使用的标准化铜热电阻的R0按国内统一设计取50和100两种，分度号分别为Cu50和Cu100，相应的分度表可查阅相

4、关资料。上一页下一页返回第9页/共45页汽车用水温传感器及水温表汽车用水温传感器及水温表 铜热电阻第10页/共45页2.2.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第11页/共45页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第12页/共45页6.2.2 半导体热敏电阻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：(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，适于测量点温、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。上一页下一页返回第13页/共45页热

5、敏电阻分类：上一页下一页返回热敏电阻特点：1.温度系数远大于金属热电阻，灵敏度高。2.同温度时阻值远大于金属热电阻。连接导线电阻影响小，适于远距离传输。3.非线性严重，测温范围远小于金属热电阻。正温度系数(PTC)负温度系数(NTC)临界温度系数(CTR)1234铂丝4060120 1600100101102103104105106RT/温度T/C热敏电阻的电阻-温度特性曲线1-NTC；2-CTR；3-4PTC1234铂丝第14页/共45页热敏电阻有负温度系数（NTC）和正温度系数（PTC）之分。NTC又可分为两大类：1.用于测量温度，它的电阻值与温度之间呈严格负指数关系；2.突变型（CTR）

6、。温度上升到某临界点时，电阻值突然下降。6.2.2 半导体热敏电阻PTC热敏电阻用途：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 用途：温度开关。NTC热敏电阻 应用：点温、表面温度、温差、温场等测量动控制及电子线路的热补偿线路第15页/共45页热敏电阻材料的分类（1）大分类小分类代表例子NTC单晶金刚石、Ge、Si金刚石热敏电阻多晶迁移金属氧化物复合烧结体、无缺陷形金属氧化烧结体多结晶单体、固溶体形多结晶氧化物SiC系Mn、Co、Ni、Cu、Al氧化物烧结体、ZrY氧化物烧结体、还原性TiO3、Ge、SiBa、Co、Ni氧化物溅射SiC薄膜玻璃Ge、Fe、V

7、等氧化物硫硒碲化合物玻璃V、P、Ba氧化物、Fe、Ba、Cu氧化物、Ge、Na、K氧化物、（As2Se3）0.8、（Sb2SeI）0.2有机物芳香族化合物聚酰亚釉表面活性添加剂液体电解质溶液熔融硫硒碲化合物水玻璃As、Se、Ge系第16页/共45页热敏电阻材料的分类（2）PTC无机物BaTiO3系Zn、Ti、Ni氧化物系Si系、硫硒碲化合物（Ba、Sr、Pb）TiO3烧结体有机物石墨系有机物石墨、塑料石腊、聚乙烯、石墨液体三乙烯醇混合物三乙烯醇、水、NaClCTRV、Ti氧化物系、Ag2S、（AgCu）、（ZnCdHg）BaTiO3单晶V、P、（BaSr）氧化物Ag2SCuS大分类小分类代表例

8、子第17页/共45页NTC热敏电阻热敏电阻1.热敏电阻的主要特性2.热敏电阻的结构3.热敏电阻的主要参数4.热敏电阻的线性化上一页下一页返回第18页/共45页1.1.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第19页/共45页 温度特性NTC型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻-温度特性式中RT,R0热敏电阻在绝对温度T，T0时的阻值()；T0,T 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（）；B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。上一页下一页返回第20页/共45页若已知两个电阻值以及相应的温度值，就可求得B值。一般取20和

9、100时的电阻R20和R100计算B值，即将T=373K，T0=293K代入上式，则将B值及R0=R20代入式就确定了热敏电阻的温度特性:上一页下一页返回第21页/共45页B和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，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第22页/共45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，上一页下一页返回第23页/共45页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

10、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。上一页下一页返回第24页/共45页2.2.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第25页/共45页热敏电阻的结构形式 上一页下一页返回第26页/共45页温度检测用的各种热敏电阻器探头1热敏电阻；2铂丝；3

11、银焊；4钍镁丝；5绝缘柱；6玻璃各种热敏电阻传感器结构第27页/共45页3.3.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；上一页下一页返回第28页/共45页能量灵敏度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

12、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 上一页下一页返回第29页/共45页聚脂塑料封装热敏电阻MF12型NTC热敏电阻玻璃封装NTC热敏电阻MF58型（珠形）高精度负温度系数热敏电阻贴片式NTC热敏电阻热敏电阻外形第30页/共45页4.4.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的最佳值第31页/共45页6.2.3 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。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

13、偿、流速测量、液面指示等。上一页下一页返回第32页/共45页1 1、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。上一页下一页返回第33页/共45页三线制 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G检流计，R1，R2，R3固定电阻，R a零位调节电阻，R t 热电阻上一页下一页返回较好的消除引线电阻的影响，提高测量精度。工

14、业热电阻多采用此法第34页/共45页四线制接法 热电阻测温电桥的四线制接法精密测量中，采用四线制接法上一页下一页返回较好的消除引线电阻的影响，同时消除测量电路中寄生电势引起的误差。用于高精度温度测量。第35页/共45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 上一页下一页返回第36页/共45页金属丝热电阻作为气体传感器的应用 1连通玻璃管2流

15、通玻璃管3铂丝（a）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、热风流速变化上一页下一页返回第37页/共45页2 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上一页下一页返回第38页/共45页伏安特性的位置在仪器仪表中的应用U m的左边温度计、温度差计、温度补偿、微小温度检测、温度报警、温度继电器、湿度计、分子量测定、水分计、热计、红外探测器、热传导测定、比热测定U m的附近液位测定、液位检测U m的右边流速计、流量计、气体分析仪、真空计、热导分析旁热型热敏电阻器风速计、液面计、真空计

16、（U m峰值电压）检测用的热敏电阻在仪表中的应用热敏电阻器的应用第39页/共45页测温用的热敏电阻器，其工作点的选取，由热敏电阻的伏安特性决定。电路元件热敏电阻器在仪表中应用分类在仪器仪表中的应用U m的左边偏置线图的温度补偿、仪表温度补偿、热电偶温度补偿、晶体管温度补偿U m的附近恒压电路、延迟电路、保护电路U m的右边自动增益控制电路、RC振荡器、振幅稳定电路伏安特性的位置热敏电阻器的应用第40页/共45页 温度测量 上一页下一页返回热敏电阻点温计第41页/共45页 温度控制上一页下一页返回简易温度控制器第42页/共45页 温度补偿上一页下一页返回仪表中的电阻温度补偿电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43页/共45页 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第44页/共45页感谢您的观看！第45页/共45页