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 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―50～150℃。   第9章  热电式传感器 9.2    热电阻max.book118.com 金属热电阻 ⑴铂热电阻     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  纯度电阻比  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1.387～1.390。 第9章  热电式传感器 9.2    热电阻max.book118.com 金属热电阻 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－200℃≤t ≤0℃时：   当温度t在0℃≤t ≤650℃时：   国内统一设计的工业用标准铂电阻，W（100）≥1.391， R0分为50Ω和100Ω两种，分度号分别为Pt50和Pt100， 其分度表（给出阻值和温度的关系） 第9章  热电式传感器 9.2    热电阻max.book118.com 金属热电阻 铂测温电阻元件的电阻的温度特性  第9章  热电式传感器 9.2    热电阻max.book118.com 金属热电阻 带保护管的铂测温电阻元件  第9章  热电式传感器 9.2    热电阻max.book118.com 金属热电阻 ⑵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：―50～150℃ ??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9章  热电式传感器 9.2    热电阻max.book118.com 金属热电阻 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50Ω和100Ω两种， 分度号分别为Cu50和Cu100， 相应的分度表可查阅相关资料。)1(0tRRtα+= 第9章  热电式传感器 9.2    热电阻max.book118.com 金属热电阻 普通工业用热电阻式热电式传感器 铜热电阻结构示意图 铂热电阻结构示意图 第9章  热电式传感器 半导体比金属有更大的电阻温度系数。 热敏电阻用半导体材料氧化复合烧结而成。 主要材料有：Mn、Co、Ni、Cu、Fe氧化物， 结构分为：二端、三端、四端、直热式、旁热式。    9.2    热敏电阻max.book118.com 热敏电阻 热敏电阻符号  第9章  热电式传感器 热敏电阻—温度特性      PTC ——正温度系数型；   NTC ——负温度系数型；                                 负温度系数热敏电阻的特性曲线用经验公式表示： 9.2    热敏电阻max.book118.com 热敏电阻 负温度系数型热敏电阻特性曲线  A － 与材料和形状有关； B － 常数； － 温度为T时的电阻值；  第9章  热电式传感器 多数热敏电阻具有负温度系数，温度升高电阻下降，同时灵敏度下降，所以热电阻限制了它在高温下使用。目前，热敏电阻温度上限约300℃ 。   优点： (1) 热敏电阻的温度系数比金属大（4～9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。 9.2    热敏电阻max.book118.com 热敏电阻 热敏电阻的结构形式 热敏电阻的主要特性 ⑴温度特性  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。 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。 ⑵伏安特性   热敏电阻的主要参数  ⑴标称电阻值RH 在环境温度为25±0.2℃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。 ⑵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/℃； ⑶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／℃；  ⑷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。 ⑸时间常数τ   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ΔT= 0.63(T－T0) 时所需的时间。 ⑹额定功率PE    在规定的技术条件下，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 热敏电阻的线性化 可通过在热敏电阻上串并联固定电阻，作成组合式元件来代替单个热敏元件，使组合式元件电路特性参数保持一致并获得一定程度的线性特性。  9.3 热电式传感器的应用  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、温度补偿、流速测量、液面指示等。热电阻式传感器的应用 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。 三线制 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 热电阻测温电桥的三线制接法 精密测量中，采用四线制接法 金属丝热电阻作为气体传感器的应用 1—连通玻璃管2—流通玻璃管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133.322×10-5Pa。 （b）可检测管内气体介质成分比例变化、热风流速变化 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  热敏电阻流量计 第9章  热电式传感器 9.4    集成温度传感器max.book118.com 集成温度传感器测温原
第9章热电式传感器.ppt