热电阻式传感器01291.pptx

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1、会计学1热电阻式传感器热电阻式传感器012912.3.1 金属热电阻金属热电阻热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒作为热电阻的材料要求（特征）：作为热电阻的材料要求（特征）：1 1）电阻与温度变化具有良好的线性关系；）电阻与温度变化具有良好的线性关系；2 2）电电 阻阻 温温 度度 系系 数数 大大，便便 于于 精精 确确 测测 量量，（以以 提提 高高 热热 电电 阻阻 的的 灵灵 敏敏 度）；度）；3 3）电阻率高，）电阻率高，热容量小，反应速度快。热容量小，反应速度快。4 4）在测量范围内具有稳定的物理和化学性能；）在测量范围内具有稳定的物理和

2、化学性能；5 5）应有良好的可加工性，且价格便宜。）应有良好的可加工性，且价格便宜。使使用用最最广广泛泛的的热热电电阻阻材材料料是是铂铂和和铜铜，低低温温测测量量中中是是常常用铟、锰、碳等制成的热电阻。用铟、锰、碳等制成的热电阻。上一页下一页返 回第1页/共31页热电阻的结构热电阻的结构上一页下一页返 回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2页/共31页1 1）常用热电阻常用热电阻n n 铂热电阻铂热电阻 n n铂电阻铂电阻(IEC)(IEC)的电阻率较大，的电阻率较大，电阻电阻温度温度关系呈非线性，测温范围广，关系呈非线性，测温范围广，精度高，且材料易提纯，复现性好；物

3、理、化学性质都很稳定。精度高，且材料易提纯，复现性好；物理、化学性质都很稳定。n n因此主要用来作为复现温标的基准器因此主要用来作为复现温标的基准器当当 时时 当当 时时 R Rt t为为温温度度为为t t时时的的电电阻阻值值;R R0 0为为温温度度为为0 0时时的的电电阻阻值值;A;A、B B、C C为为常常数数,A=3.96847X10-3,A=3.96847X10-3-1-1；B=-B=-5.847X10-7 5.847X10-7-2;C=-4.22X10-12-2;C=-4.22X10-12-4-4。上一页下一页返 回第3页/共31页n n（2 2）铜热电阻）铜热电阻n n应应 用用

4、：测量精度要求不高且温度较低的场合测量精度要求不高且温度较低的场合测量范围测量范围：5050150150n n优优 点点：温温度度范范围围内内线线性性关关系系好好，灵灵敏敏度度比比铂铂电电阻阻高高，容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。n n缺缺 点点：易易于于氧氧化化，一一般般只只用用于于150150以以下下的的低低温温测测量量和和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。与与铂铂相相比比，铜铜的的电电阻阻率率低低，所所以以铜铜电电阻阻的的体体积积较大。较大。上一页下一页返 回第4页/共31页铜电阻的阻值与温度之间的关系为：上一

5、页下一页返 回当时，Rt=R0(1+at)Rt温度为t时的电阻值;R0为温度0时的电阻值;a为温度为0时的电阻温度系数。第5页/共31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6页/共31页铜热电阻铜热电阻铜热电阻铜热电阻第7页/共31页2.3.2 半导体热敏电阻半导体热敏电阻定定 义义：热热 敏敏 电电 阻阻 是是 一一 种种 利利 用用 半半 导导 体体 的的 电电 阻阻 值值 随随 温温 度度 显显著著变变化化的的特特性性制制成成，由由金金属属氧氧化化物物和和化化合合物物按按不同的配方比例不同的配方比例烧结烧结的的敏感元件敏感元件。优优 点：点：(1)(1)热敏电阻的

6、温度系数比金属大（热敏电阻的温度系数比金属大（4 49 9倍）倍）(2)(2)电电阻阻率率大大，体体积积小小，热热惯惯性性小小，适适于于测测量量点点、表面温度及快速变化的温度。表面温度及快速变化的温度。(3)(3)结构简单、机械性能好。结构简单、机械性能好。缺点：缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。线性度较差，复现性和互换性较差。上一页下一页返 回第8页/共31页热敏电阻分类：热敏电阻分类：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 上一页下一页返 回第9页/共31页PTCPTC热敏电阻热敏电阻正温度系数正温度系数 钛酸钡掺合稀土元素烧结而

7、成钛酸钡掺合稀土元素烧结而成 用途：彩电消磁，各种电器设备的过热保护，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，限流元件发热源的定温控制，限流元件。CTRCTR热敏电阻热敏电阻负温度系数负温度系数 以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化 物的弱还原气氛中混合烧结而成物的弱还原气氛中混合烧结而成 用途：温度开关。用途：温度开关。NTCNTC热敏电阻热敏电阻很高的负电阻温度系数很高的负电阻温度系数 主要由主要由MnMn、CoCo、NiNi、FeFe、CuCu等过渡金属氧化物等过渡金属氧化物 混合烧结而成混合烧结而成 应用：点温、表面温度

8、、温差、温场等测量应用：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自动控制及电子线路的热补偿线路上一页下一页返 回第10页/共31页1.1.热敏电阻的主要特性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11页/共31页 温度特性温度特性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

9、 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。上一页下一页返 回第12页/共31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:上一页下一页返 回第13页/共31页 B和和值是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数，值是表征热敏电阻材料性能的

10、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，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。所以它的灵敏度很高。热敏电阻的电阻温度系数热敏电阻的电阻温度系数热敏电阻的电阻温度系数热敏电阻的电阻温度系数热敏电阻在其本身温度变化热敏电阻在其本身温度变化11时，电阻值的相对变化量时，电阻值的相对变化量上一页下一页返 回第14页/共31页 伏安特性伏安特性n n在稳态情况下，通过热敏电阻的电流在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I I与其两与其两端的电压端的电压U U之间的关系，之间的关系，上一页下一页返 回第15页/共31页伏安特性伏安特性当流过热敏电阻的电流很小时当流过热敏电阻的

11、电流很小时:不不足足以以使使之之加加热热。电电阻阻值值只只决决定定于于环环境境温温度度，伏伏安安特特性性是直线，遵循欧姆定律。主要用来是直线，遵循欧姆定律。主要用来测温测温。当电流增大到一定值时：当电流增大到一定值时：流流过过热热敏敏电电阻阻的的电电流流使使之之加加热热，本本身身温温度度升升高高，出出现现负负阻阻特特性性。因因电电阻阻减减小小，即即使使电电流流增增大大，端端电电压压反反而而下下降降。其其所所能能升升高高的的温温度度与与环环境境条条件件(周周围围介介质质温温度度及及散散热热条条件件)有有关关。当当电电流流和和周周围围介介质质温温度度一一定定时时，热热敏敏电电阻阻的的电电阻阻值值取

12、取决决于于介介质质的的流流速速、流流量量、密密度度等等散散热条件。可用它来热条件。可用它来测量流体速度和介质密度测量流体速度和介质密度。上一页下一页返 回第16页/共31页2.2.热敏电阻的结构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17页/共31页热敏电阻的结构形式热敏电阻的结构形式 上一页下一页返 回第18页/共31页3.3.热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数 标标称称电电阻阻值值R RH H 在在环环境境温温度度为为250.2250.2时时测测得得的的电电阻阻值值，又又称称冷冷电电阻。其大

13、小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。阻。其大小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。耗耗散散系系数数H H 指指热热敏敏电电阻阻的的温温度度与与周周围围介介质质的的温温度度相相差差11时时热热敏敏电电阻所耗散的功率，单位为阻所耗散的功率，单位为mmW W/；热热容容量量C C 热热敏敏电电阻阻的的温温度度变变化化11所所需需吸吸收收或或释释放放的的热热量量，单单位位为为J J；上一页下一页返 回第19页/共31页 能量灵敏度能量灵敏度G G （WW）使热敏电阻的阻值变化使热敏电阻的阻值变化1 1所需耗散的功率。所需耗散的功率。时时间间常常数数 温温度度为为T T0 0的的热热敏敏电电阻阻突突然然置置于

14、于温温度度为为T T 的的介介质质中中，热热敏敏电电阻阻的的温温度度增增量量 T T=0.630.63 (T TT T0 0)时所需的时间。时所需的时间。额额定定功功率率P PE E 在在标标准准压压力力（750750mmHgmmHg）和和规规定定的的最最高高环环境境温温度度下下，热热敏敏电电阻阻长长期期连连续续使使用用所所允允许许的的耗耗散散功功率率，单单位位为为WW。在在实实际际使使用用时时，热热敏敏电电阻阻所所消消耗耗的的功功率率不不得得超超过过额额定定功功率率 上一页下一页返 回第20页/共31页4.4.热敏电阻的线性化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

15、21页/共31页2.3.3 热电阻式传感器热电阻式传感器的应用的应用1、金属热电阻传感器 200200+500+500范围的温度测量范围的温度测量 特点：精度高、适于测低温。特点：精度高、适于测低温。2、半导体热敏电阻传感器应应用用范范围围很很广广，可可在在宇宇宙宙航航船船、医医学学、工工业业及及家家用用电电器器等等方方面面用用作作测测温温、控控温温、温温度度补补偿偿、流流速速测测量量、液面指示等。液面指示等。上一页下一页返 回第22页/共31页1 1、金属热电阻传感器、金属热电阻传感器工业广泛使用，工业广泛使用，200200+500+500范围温度测量。范围温度测量。在在特特殊殊情情况况下下

16、，测测量量的的低低温温端端可可达达3.43.4K K，甚甚至至更更低，低，1 1K K左右。高温端可测到左右。高温端可测到10001000。温度测量的特点：温度测量的特点：精度高、适于测低温。精度高、适于测低温。传感器的测量电路：经常使用传感器的测量电路：经常使用电桥电桥 精度较高的是自动电桥。精度较高的是自动电桥。为为消消除除由由于于连连接接导导线线电电阻阻随随环环境境温温度度变变化化而而造造成成的测量误差，常采用的测量误差，常采用三线制三线制和和四线制四线制连接法。连接法。上一页下一页返 回第23页/共31页三线制三线制 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

17、般采用三线制工业用热电阻一般采用三线制 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 热电阻热电阻上一页下一页返 回第24页/共31页四线制接法四线制接法 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 上一页下一页返 回第25页/共31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 流量测量 温度补偿 温度控制上一页下一页返 回第26页/共31页 温度测量温度测量 上一页下一页返 回热敏电阻点温计热敏电阻点温计 第27页/共31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、风速等系可以测量流量、流速、风速等 上一页返 回热热敏敏电电阻阻流流量量计计 第28页/共31页 温度补偿温度补偿上一页下一页返 回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 第29页/共31页(4)温度控制温度控制上一页下一页返 回简简易易温温度度控控制制器器 第30页/共31页