熱電式傳感器的應(yīng)用與發(fā)展 畢業(yè)論文

1、熱電式傳感器的應(yīng)用與發(fā)展摘 要：熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。其工作原理的不同，常用熱電式傳感器分別分為熱電偶和熱電阻（金屬）、熱敏電阻（半導(dǎo)體）。它們分別具有測量精度高、范圍廣、構(gòu)造簡單、使用方便，信號輸出較大、易于測量，體積小、重量輕、熱慣性小、壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于工業(yè)，家庭，國防等中溫度的測量。本文主要介紹熱電式傳感器的分類、原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用及發(fā)展、關(guān)鍵詞：熱電式傳感器，溫度，熱電偶，熱電阻，熱敏電阻。目錄1 引言 11.1熱電式傳感器的重要性.11.2傳感器的組成.11.3傳感器的發(fā)展.12 熱電式傳感器22.1熱電偶.22.1.1基本概念.32.1

2、.2熱電偶構(gòu)造及工作原理.42.1.3熱電偶的應(yīng)用與發(fā)展.52.2熱電阻.62.2.1基本原理.62.2.2金屬熱電阻.72.2.3熱敏電阻.72.2.4熱電阻的發(fā)展與應(yīng)用.83熱電式傳感器的發(fā)展趨勢.10結(jié)論.12致謝.13參考文獻(xiàn).141 引言1.1熱電式傳感器的重要性熱電式傳感器是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。而溫度是一個(gè)基本的物理量， 它在許多學(xué)科領(lǐng)域具有重要的作用，熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、宇航學(xué)、化學(xué)及物理等學(xué)科中所研究的基本規(guī)律都與溫度密切相關(guān)，在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)重要領(lǐng)域，例如交通運(yùn)輸、汽車工業(yè)、動(dòng)力資源開發(fā)，工業(yè)測量與控制、防災(zāi)安全技術(shù)等方面都需要把溫度作為設(shè)計(jì)或控

3、制的重要參數(shù)。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展溫度的測量顯得越來越重要，在現(xiàn)代化的鋼鐵冶煉、內(nèi)燃機(jī)，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研究改良、工業(yè)加工、零件制造、兵器科學(xué)以及醫(yī)學(xué)發(fā)展的研究中都需要精確的溫度測量，并依據(jù)測得的溫度兩為設(shè)計(jì)制造提供理論依據(jù)，監(jiān)控產(chǎn)品的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化與安全生產(chǎn)，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能、對病人的臨床監(jiān)護(hù)等等，因此對于溫度的測量任務(wù)顯得越來越重要和緊迫，所以隨之熱電式傳感器的重要性也越來越突出。1.2傳感器的組成傳感器由三部分組成：敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量電路。傳感器中的敏感元件感受被測量并按照某種確定的關(guān)系將之轉(zhuǎn)換為電量的其它量，再由轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換為電量，然后經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換為有用電信號

4、。即使這么說，還是覺得它很抽象。形象點(diǎn)說，傳感器相當(dāng)如人的五官（眼、耳、口、鼻、舌）和皮膚，采集各種信息并送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，產(chǎn)生并發(fā)出各種控制信號到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。1.3 傳感器發(fā)展隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展, 在機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、石油化工以及醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域，傳感器技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，它正逐漸地滲透到人們的日常生活中去。從某種程度上來講, 衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志是傳感器技術(shù)水平的高低，主要體現(xiàn)在傳感器能夠較好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制水平和測試技術(shù)的高低。作為測量與自動(dòng)控制的重要環(huán)節(jié)的傳感器，不僅是新技術(shù)革命的重要技術(shù)基礎(chǔ)，而且還是當(dāng)今信息社會(huì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。筆者就當(dāng)前一些重要的領(lǐng)域里，講述

5、了傳感器技術(shù)的應(yīng)用情況，并按照目前傳感器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，對其將來的發(fā)展方向加以預(yù)測。2 熱電式傳感器熱電式傳感器是一種將溫度變化為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，其中最常用的是熱電偶和熱電阻，熱電偶是將溫度變化為電勢變化，而熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。這兩種熱電式傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)中已得到廣泛應(yīng)用，而且有與其相配套的顯示儀表與記錄儀表。分類介紹: 熱電阻 （金屬）電阻 熱敏電阻（半導(dǎo)體）溫度 電勢熱電偶2.1熱電偶熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件,是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路時(shí)，當(dāng)兩接合點(diǎn)熱電偶溫度不同時(shí)，就會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。如果熱電偶的工作端與參比端存有溫差

6、時(shí)，顯示儀表將會(huì)指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢所對應(yīng)的溫度值。熱電偶的熱電動(dòng)熱將隨著測量端溫度升高而增長，它的大小只與熱電偶材料和兩端的溫度有關(guān)，與熱電極的長度、直徑無關(guān)。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表,記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。它在許多方面都具備了一種理想溫度傳感器的條件,是一種典型的自發(fā)電傳感器。在溫度測量領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。在自動(dòng)檢測技術(shù)、傳感器技術(shù)等課教學(xué)中,熱電偶傳感器也是比較重要的內(nèi)容，它涉及較多的理論與基本定律。在溫度測量中，熱電偶的應(yīng)用極為廣泛，它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測量范

7、圍廣、精度高、慣性小和輸出信號便于遠(yuǎn)傳等等。熱電偶是一個(gè)有源元件，測量時(shí)不需要外加電源。所以常被用作測量爐子、管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。2.1.1基本概念 熱電偶是一種感溫元件，是一種儀表。它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢信號, 通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路,其中兩個(gè)接點(diǎn)的溫度假設(shè)分別為t和t0。當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí),回路中就會(huì)有電流通過，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢熱電動(dòng)勢，利用eab(t和t0)表示，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，也就是所謂的塞貝克效應(yīng)（如圖1）。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高

8、的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢與溫度的函數(shù)關(guān)系, 制成熱電偶分度表; 分度表是自由端溫度在0時(shí)的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。 在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí)，只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測溫時(shí)，可接入測量儀表， 測得熱電動(dòng)勢后，即可知道被測介質(zhì)的溫度。 圖（1）2.1.2熱電偶構(gòu)造及工作原理：熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對它的結(jié)構(gòu)要求如下： 組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固； 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路

9、； 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠； 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。 工作原理兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)兩個(gè)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢稱為熱電勢。熱電偶就 是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。 熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應(yīng)注意如下幾個(gè)問題： 1：熱電偶的熱電勢是熱電偶工

10、作端的兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數(shù)； 2 ：熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長度和直徑無關(guān)，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān)； 3：當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進(jìn)熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數(shù)。4： 兩種不同材料的導(dǎo)體組合成為一個(gè)閉合回路（圖2），當(dāng)回路的兩個(gè)接觸點(diǎn)分別置于不同的溫度場中時(shí)，回路就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢（圖3），即為“熱電動(dòng)勢”。 圖2熱電偶回路 圖3熱電偶回路的電動(dòng)勢熱電動(dòng)勢有兩部分組成：接觸電動(dòng)勢，溫差電動(dòng)勢。（1）接觸電動(dòng)

11、勢公式： eab(t)=uat-ubt eab(t0)=uat0-ubt0 （2）差動(dòng)電動(dòng)勢公式： ea(t,t0)=uat-uat0 eb(t,t0)=ubt-ubt0（3）熱電偶回路電動(dòng)勢：eab(t,t0)=eab(t)-eab(t0)+ea(t,t0)-eb(t,t0)由上我們可以得出結(jié)論：熱電偶回路中的電動(dòng)勢的大小，只與組成熱電偶的導(dǎo)體材料和接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與熱電偶的形狀和尺寸無關(guān)。2.1.3 熱電偶的應(yīng)用與發(fā)展上述已經(jīng)說過，熱電偶的應(yīng)用很是廣泛.在此，舉兩點(diǎn)應(yīng)用：（1）n型熱電偶在主蒸汽溫度測量中的應(yīng)用 近年來，n型熱電偶在火電廠得到了廣泛的應(yīng)用。n型熱電偶在中子輻射環(huán)境下具有

12、良好的穩(wěn)定性, 是因?yàn)閚型熱電偶去除了易蛻變元素mn、co等。因此,n型熱電偶具有很好的耐核輻射的能力。 在一個(gè)機(jī)組主蒸汽管道上放一個(gè)溫度保護(hù)套管，將n型熱電偶放入其內(nèi)部，測量的溫度將其轉(zhuǎn)化為電動(dòng)勢，通過控制電動(dòng)勢來控制溫度。n型熱電偶具有以下優(yōu)點(diǎn)：a、 用n 型熱電偶測主蒸汽溫度可提高監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性, 從而保證了火力發(fā)電機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。b、 型熱電偶的高溫穩(wěn)定性好和使用壽命高 可與大修周期同步。因此,在n 型熱電偶對主蒸汽溫度測量成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上, 可進(jìn)行用n 型熱電偶測過熱器和汽缸等金屬壁溫的試驗(yàn)研究, 這對保證儀表的完好率、降低儀表的故障率有著十分重要的意義。c、 隨著n

13、 型熱電偶生產(chǎn)量的逐年增加, 其價(jià)格不會(huì)太高。 （2）熱電偶技術(shù)供暖 目前，熱電偶在很多領(lǐng)域里都有很大的發(fā)展。由新的熱電偶替代了舊的熱電偶，由性能好的替代了性能比較差的，這一步一步的發(fā)展，使現(xiàn)在的熱電偶種類多，使用范圍廣，精度高，經(jīng)濟(jì)性好越來越方便我們?nèi)粘Ｉ畹膽?yīng)用。在此，僅提出幾點(diǎn)發(fā)展。由以前應(yīng)用以工業(yè)為主的熱電偶引入我們的生活。近年來，由于提倡環(huán)保，對于以前以燃煤為主的鍋爐取暖方式已經(jīng)不適用了。公共建筑的冬季的供熱選擇只有兩個(gè)：一個(gè)是以電的形式來提供，再有一種就是以燃?xì)鉃槟茉吹馁Y源;再有燃?xì)庥袝r(shí)候往往從計(jì)算上或是費(fèi)用上可能都是不劃算的，那在這種情況下電熱泵可能就是一個(gè)最好的選擇。熱泵熱水器

14、是一種新型熱水和供暖熱泵產(chǎn)品，是一種可替代鍋爐的供暖設(shè)備和熱水裝置。與傳統(tǒng)太陽能相比，熱泵熱水器不僅可吸收空氣中的熱量，還可吸收太陽能。熱泵熱水器通過制冷劑溫差吸熱和壓縮機(jī)壓縮制熱后，與水換熱，大大提高熱效率，充分利用了新能源，是將電熱水器和太陽能熱水器的各自優(yōu)點(diǎn)完美的結(jié)合于一體的新型熱水器。目前，熱泵熱水器有熱電偶熱水器、水源熱泵和太陽能型三種系列，是開拓和利用新能源最好的設(shè)備之一。 空氣源(太陽能)熱泵是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的產(chǎn)品之一，該產(chǎn)品以制冷劑為媒介，制冷劑在風(fēng)機(jī)盤管(或太陽能板)中吸收空氣中(或陽光)中的能量，再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮制熱后，通過換熱裝置將熱量傳遞給水，來制取熱水，熱水通過水循環(huán)

15、系統(tǒng)送入用戶散熱器進(jìn)行采暖或直接用于熱水供應(yīng)。2.2 熱電阻 熱電阻是利用電阻隨溫度變化的特性制成的傳感器叫做電阻溫度傳感器，按采用的電阻材料可分為金屬熱電阻（簡稱熱電阻）和半導(dǎo)體熱敏電阻（簡稱熱敏電阻）兩大類。2.2.1 基本原理 熱電阻與熱電偶的測溫原理不同的是，熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測量出溫度。 金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即rt=rt0【1+a (t-t0)】 其式中，rt為溫度t時(shí)的阻值：rt0為溫度t0（一般t0=0c）時(shí)對應(yīng)電阻值：a為溫度系數(shù)。 半導(dǎo)

16、體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系如下： r=r0eb其上式中：r、r0為溫度t和t0時(shí)的電阻值：b為熱電阻的材料系數(shù)，一般情況下b=2000k-6000k。 相比較而言，熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高（通常在數(shù)千歐以上），但互換性較差，非線性嚴(yán)重，測溫范圍只有-50300左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測和控制。金屬熱電阻一般適用于-200500范圍內(nèi)的溫度測量，其優(yōu)點(diǎn)是測量準(zhǔn)確。穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應(yīng)用極其廣泛。2.2.2金屬熱電阻一 結(jié)構(gòu)和類型： 普通型熱電阻熱電阻電阻體絕緣套管接線盒 鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻的結(jié)構(gòu)較為特殊。熱電阻體與保護(hù)套封裝成一個(gè)整體，它具有良好的機(jī)械性

17、能，耐振動(dòng)與沖擊，有良好的撓性，便于安裝，不受有害介質(zhì)侵蝕，外徑尺寸可以做得很小，反應(yīng)速度快，適用于安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)備上進(jìn)行測溫，并且使用壽命較長。薄膜熱電阻 薄膜熱電阻是用真空鍍膜法將鉑直接蒸鍍在陶瓷基體上制成的熱電阻，薄膜熱電阻減少了熱慣性，提高了靈敏度和響應(yīng)速度，適用于平面物體的表面溫度和動(dòng)態(tài)溫度的測量。二 測量電路 利用熱電阻測量溫度實(shí)際是測量熱電阻在工作狀態(tài)下的阻值，然后再由電阻和溫度之間的關(guān)系，求出被測溫度，所以整個(gè)測溫系統(tǒng)主要由熱電阻傳感器、測量電橋、顯示儀表及連接導(dǎo)線組成。由于熱電阻的阻值較小(幾歐姆到幾十歐姆范圍)，這樣熱電阻本體的引線電阻和連接導(dǎo)線的電阻會(huì)給溫度測量結(jié)果帶

18、來很大的影響，例如，50的鉑電阻，若導(dǎo)線電阻為1，會(huì)產(chǎn)生5的測量誤差。為了解決這一問題，熱電阻的連接線路從二線制發(fā)展到三線制和四線制，采用三線制或四線制測量的電路，可以克服長連接導(dǎo)線的電阻在環(huán)境溫度變化時(shí)造成測量誤差。2.2.3 熱敏電阻一 性質(zhì)：熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而顯著變化的特性實(shí)現(xiàn)測溫的。半導(dǎo)體熱敏電阻有很高的電阻溫度系數(shù)，其靈敏度比熱電阻高得多。而且體積可以做得很小，故動(dòng)態(tài)特性好，特別適于在-100300之間測溫。熱敏電阻的缺點(diǎn)是互換性較差，另外其熱電特性是非線性的。二 結(jié)構(gòu)：金屬氧化物：鈷co、錳mn、鎳ni 等的氧化物 采用不同比例配方、高溫?zé)Y(jié)而成。三 特點(diǎn)（

19、1）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可測點(diǎn)溫度； （2）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高（10倍）； （3）電阻率高、熱慣性小、適宜動(dòng)態(tài)測量。2.2.4 熱電阻的發(fā)展與應(yīng)用一 發(fā)展：近年來，隨著社會(huì)的發(fā)展，熱電阻正處于傳統(tǒng)型向新型轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段。新型熱電阻的特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)，是21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。微型化是建立在微電子機(jī)械系統(tǒng)（mems）技術(shù)基礎(chǔ)上的，目前已成功應(yīng)用在硅器件上形成硅壓力熱電阻。 多熱電阻數(shù)據(jù)融合技術(shù)正在形成熱點(diǎn)，它形成于20世紀(jì)80年代，它不同于一般信號處理，也不同于單個(gè)或多個(gè)熱電阻的監(jiān)測和測量，而是對基于多

20、個(gè)熱電阻測量結(jié)果基礎(chǔ)上的更高層次的綜合決策過程。有鑒于熱電阻技術(shù)的微型化、智能化程度提高，在信息獲取基礎(chǔ)上，多種功能進(jìn)一步集成以致于融合，這是必然的趨勢，多熱電阻數(shù)據(jù)融合技術(shù)也促進(jìn)了熱電阻技術(shù)的發(fā)展。多傳感器數(shù)據(jù)融合的定義概括：把分布在不同位置的多個(gè)同類或不同類熱電阻所提供的局部數(shù)據(jù)資源加以綜合，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對其進(jìn)行分析，消除多熱電阻信息之間可能存在的冗余和矛盾，加以互補(bǔ)，降低其不確實(shí)性，獲得被測對象的一致性解釋與描述，從而提高系統(tǒng)決策、規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和正確性，使系統(tǒng)獲得更充分的信息。其信息融合在不同信息層次上出現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)層（像素層）融合、特征層融合、決策層（證據(jù)層）融合。由于它比單一

21、熱電阻信息有如下優(yōu)點(diǎn)，即容錯(cuò)性、互補(bǔ)性、實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟(jì)性，所以逐步得到推廣應(yīng)用。應(yīng)用領(lǐng)域除軍事外，已適用于自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)器人、海洋監(jiān)視、地震觀測、建筑、空中交通管制、醫(yī)學(xué)診斷、遙感技術(shù)等方面。 我國熱電阻產(chǎn)業(yè)要適應(yīng)技術(shù)潮流，根據(jù)市場需求，做到“新苗交替、遠(yuǎn)近結(jié)合、品種齊全、滿足需求”做到“大、中、小并舉”，“集團(tuán)化和專業(yè)化生產(chǎn)并存”，向國內(nèi)外兩個(gè)市場相結(jié)合的國際化方向發(fā)展，讓熱電阻和檢測熱電阻抓住信息化的發(fā)展機(jī)遇，形成了一個(gè)陽光產(chǎn)業(yè)。二 應(yīng)用： a金屬熱電阻傳感器的應(yīng)用熱電阻式流量計(jì)熱電阻式流量計(jì)是根據(jù)物理學(xué)中關(guān)于介質(zhì)內(nèi)部熱傳導(dǎo)現(xiàn)象制成的。如果溫度為的熱電阻放入溫度為介質(zhì)內(nèi)，設(shè)熱電阻與介質(zhì)相接觸

22、的表面面積為a，則熱電阻耗散的熱量q可表示為 式中k熱傳導(dǎo)系數(shù)或稱傳熱系數(shù)。實(shí)驗(yàn)證明，k與介質(zhì)的密度、粘度、平均流速等參數(shù)有關(guān)。當(dāng)其他參數(shù)為定值時(shí)，k僅與介質(zhì)的平均流速v成正比，即 上式說明通過測量熱電阻耗散的熱量q即可測量介質(zhì)的平均流速或流量。b 熱敏電阻傳感器的應(yīng)用b.1熱敏電阻測溫作為測量溫度的熱敏電阻一般結(jié)構(gòu)較簡單，價(jià)格較低廉。沒有外面保護(hù)層的熱敏電阻只能應(yīng)用在干燥的地方；密封的熱敏電阻不怕濕氣的侵蝕，可以使用在較惡劣的環(huán)境下。由于熱敏電阻的阻值較大，故其連接導(dǎo)線的電阻和接觸電阻可以忽略，因此熱敏電阻可以在長達(dá)幾千米的遠(yuǎn)距離測量溫度中應(yīng)用。b.2、熱敏電阻用于溫度補(bǔ)償熱敏電阻可在一定的

23、溫度范圍內(nèi)對某些元器件溫度進(jìn)行補(bǔ)償。例如，動(dòng)圈式儀表表頭中的動(dòng)圈由銅線繞制而成。溫度升高，電阻增大。引起溫度的誤差。因而可以在動(dòng)圈的回路中將負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻與錳銅絲電阻并聯(lián)后再與被補(bǔ)償元器件串聯(lián)，從而抵消由于溫度變化所產(chǎn)生的誤差。在晶體管電路、對數(shù)放大器中，也常用熱敏電阻組成補(bǔ)償電路，補(bǔ)償由于溫度引起的漂移誤差。b.3、過熱保護(hù)過熱保護(hù)分直接保護(hù)和間接保護(hù)。對小電流場合，可把熱敏電阻直接串入負(fù)載中，防止過熱損壞以保護(hù)器件。對大電流場合，可用于繼電器、晶體管電路等的保護(hù)。不論哪種情況，熱敏電阻都與被保護(hù)器件緊密結(jié)合在一起，從而使二者之間充分進(jìn)行熱交換，一旦過熱，熱敏電阻則起保護(hù)作用。例如，在

24、電動(dòng)機(jī)的定子繞組中嵌入突變型熱敏電阻并與繼電器串聯(lián)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載時(shí)定子電流增大，引起發(fā)熱。當(dāng)溫度大于突變點(diǎn)時(shí)，電路中的電流可以由十分之幾毫安突變?yōu)閹资涟?，因此繼電器動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)。b.4熱敏電阻用于液面的測量給ntc熱敏電阻施加一定的加熱電流，它的表面溫度將高與周圍的空氣溫度，此時(shí)它的阻值會(huì)較小。當(dāng)液面高于它的安裝高度時(shí)，液體將帶走它的熱量，使之溫度下降、阻值升高。判斷它的阻值變化，就可以知道液面是否低于設(shè)定值。汽車油箱中的油位報(bào)警傳感器就是利用以上原理制作的。熱敏電阻在汽車中還用于測量油溫、冷卻水溫等。3 熱電式傳感器的發(fā)展趨勢 近年來, 隨著生物科學(xué)、信息科學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展,

25、傳感器技術(shù)飛速發(fā)展。由于微電子技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)發(fā)展,傳感器必將向微型化、多功能化,智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。（一）微型化(micro)：微型化傳感器主要由硅材料構(gòu)成, 具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。其核心技術(shù)是研究微電子和微機(jī)械加工與封裝技術(shù)的巧妙結(jié)合,期望能夠由此而制造出體積小巧但功能強(qiáng)大的新型系統(tǒng)。3d微型結(jié)構(gòu)已作為微型傳感器的主要敏感元件被廣泛應(yīng)用于不同的研究領(lǐng)域中。( 二) 多功能化(multifunction)：通常情況下一個(gè)傳感器只能用來探測一種物理量, 但在許多應(yīng)用領(lǐng)域中, 為了能夠完美而準(zhǔn)確地反映客觀事物和環(huán)境, 往往需要同時(shí)測量大量的物理量。由若干種敏感元件組成的多功能傳感器則是一種體積小巧而多種功能兼?zhèn)涞男乱淮綔y系統(tǒng),它可以借助于敏感元件中不同的物理結(jié)構(gòu)或化學(xué)物質(zhì)及其各不相同的表征方式,用單獨(dú)一個(gè)傳感器系統(tǒng)來同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種傳感器的功能。隨著傳感器技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展, 目前已經(jīng)可以生產(chǎn)出來將若干種敏感元件綜裝在同一種材料或單獨(dú)一塊芯片上的一體化多功能傳感器。( 三) 智能化