熱電阻溫度傳感器課件

1、傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 第第4講熱電阻式溫度傳感器講熱電阻式溫度傳感器 Thermal Resistive Sensors 2 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 目錄目錄 單擊添加文字內(nèi)容 單擊添加文字內(nèi)容 單擊添加文字內(nèi)容 3 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 4 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 2.3.1金屬熱電阻熱電阻金屬熱電阻熱電阻 熱電阻電阻體（最主要部分）絕緣套管接線盒 作為熱電阻的材料要求： 電阻溫度系數(shù)要大，以提高熱電阻的靈敏度； 電阻率盡可能大，以便減小電阻體尺寸； 熱容量要小，以便提高熱電阻的響應(yīng)

2、速度； 在測(cè)量范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能； 電阻與溫度的關(guān)系最好接近于線性； 應(yīng)有良好的可加工性，且價(jià)格便宜。 使用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅 5 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 1. 常用熱電阻 鉑熱電阻 主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，廣泛應(yīng)用于溫度基準(zhǔn)、 標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。 銅熱電阻 測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合，測(cè)量范圍一 般為50150。 6 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 C0C190 C6600 )100(1 )1 ( 32 0 2 0 ttCBtAtR BtAtR Rt 其中， Rt：溫度為 t 時(shí)的電阻； R0 ：溫度為 0 時(shí)的

3、電阻； A：常數(shù)， 3.940 10-2 -1 B：常數(shù)， -5.84 10-7 -2 C： 常數(shù)， -4.22 10-12 -4 鉑熱電阻鉑熱電阻 目前最好材料目前最好材料 7 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達(dá)10-4 K ，是目前測(cè)溫復(fù)現(xiàn)性最好 的一種溫度計(jì)。 鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關(guān)鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關(guān) 100 0 (100) R W R 百度電阻比百度電阻比 W（100）越高，表示鉑絲純度越高，）越高，表示鉑絲純度越高， 國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻， W（100）1.3925

4、目前技術(shù)水平已達(dá)到目前技術(shù)水平已達(dá)到W（100）1.3930， 工業(yè)用鉑電阻的純度工業(yè)用鉑電阻的純度W（100）為）為1.3871.390。 8 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 9 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 國(guó)內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻，國(guó)內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻， W（100）1.391， R0分為分為50和和100兩種，分度號(hào)分別為兩種，分度號(hào)分別為 Pt50 和和 Pt100其分度表（給出阻值和溫度的關(guān)系）其分度表（給出阻值和溫度的關(guān)系） 10 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 11 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器

5、與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 銅熱電阻銅熱電阻 應(yīng) 用：測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合 測(cè)量范圍：50150 優(yōu) 點(diǎn)： 溫度范圍內(nèi)線性關(guān)系好，靈敏度比鉑電阻高，容易提純、 加工，價(jià)格便宜，復(fù)制性能好。 缺 點(diǎn)： 易于氧化，一般只用于150以下的低溫測(cè)量和沒(méi)有水分及 無(wú)侵蝕性介質(zhì)的溫度測(cè)量。 與鉑相比，銅的電阻率低，所以銅電阻的體積較大。 12 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 模型模型1： 其中，其中，A、B、C為常數(shù)：為常數(shù)：A = 4.28899 10-3 / B = -2.133 10-7 /2 C = 1.233 10-9 /3 )1 ( 32 0CtBtA

6、tRRt -50 150 精確計(jì)算時(shí)精確計(jì)算時(shí) 13 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 )(1000ttRRt 其中，Rt、R0 溫度為 t 和 t 0時(shí)的電阻； 溫度為 t 0 時(shí)的溫度系數(shù)。0 模型模型2： 14 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 幾種常用金屬熱電阻材料參數(shù)幾種常用金屬熱電阻材料參數(shù) 材料 溫度系數(shù) （1/） 比電阻 （ mm2/m ） 溫度范圍 （） 特 性 鉑3.9210-30.0981-200 +650近線性 銅4.2510-30.0170-50 +150線性 鐵6.5010-30.0910-50 +150非線性 鐵6.60

7、10-30.1210-50 +100非線性 15 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 16 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 優(yōu) 點(diǎn) （1）易提純； （2）物理、化學(xué)特性穩(wěn)定； （3）輸出近線性； （4）價(jià)格低廉。 缺 點(diǎn) （1）電阻率低； （2）體積較大，熱慣性較大； （3）溫度高于100易氧化。 17 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 3、其它熱電阻、其它熱電阻 低溫、超低溫低溫、超低溫 材料溫度范圍優(yōu) 點(diǎn)缺點(diǎn) 銦電阻室溫 4.3K 4.2 15K，靈敏度 是鉑的10倍。 材料軟，重 復(fù)性差。 錳電阻 63 2K （-271

8、-210 ） 靈敏度高 材料脆，難 拉成絲。 碳電阻 -273 -268.5 液氦溫域 價(jià)格低廉，對(duì)磁場(chǎng) 不敏感。 熱穩(wěn)定差 18 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 三、熱電阻傳感器的測(cè)量電路三、熱電阻傳感器的測(cè)量電路 19 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 20 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 12 ab wt RR RRrr 12 () b tw a R RRrr R 電橋平衡時(shí)： 若保證 Ra = Rb，則有： 12 () tw RRrr 可見(jiàn) r1，r2 對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較大 21 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱

9、電阻溫度傳感器課件 1、三線制、三線制 22 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 電橋平衡時(shí)： 1 2 ab wt RRr RRr 12 () bwa tw aa RR rR r RR RR 若保證 Ra = Rb，則有： 12wa tw a R rR r RR R r1，r2 的影響有了一定的減小 23 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 24 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 電橋平衡時(shí)： 31 ab tw RR RrRr 13 aa tw bb RR RRrr RR 若保證 Ra = Rb，則有： 13tw RRrr r1，r

10、3 的影響減小得更小。 25 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 I U Rt SE tR I I r r r r 2、四線制、四線制 26 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 27 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 四、熱電阻應(yīng)用舉例四、熱電阻應(yīng)用舉例 例例1 1：測(cè)量真空度：測(cè)量真空度 I 恒溫容器恒溫容器 被測(cè)介質(zhì)被測(cè)介質(zhì) 玻璃管玻璃管 鉑電阻絲鉑電阻絲 tRT平衡 導(dǎo)熱系數(shù)真空度 Pa 3 10 測(cè)量真空度： tRT平衡 28 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 )1 (21 n i iin 1 100

11、i in 21、 1KR pR r E A 2KR 1XR 2XR wR R 21kkRR 、 21XXRR 、 例例2：氣體成分分析儀：氣體成分分析儀 29 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 2.3.2 半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器 30 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 31 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 一、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)一、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 玻璃殼玻璃殼 熱敏電阻熱敏電阻 引線引線 32 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 參 數(shù)單 位定 義 標(biāo)稱阻值RH （冷電阻） (25

12、0.2)時(shí)測(cè)得的阻值。 溫度系數(shù)t1/ 20 時(shí)的電阻溫度系數(shù)。 散熱系數(shù)H （耗散系數(shù)） W/ 自身發(fā)熱使溫度比環(huán)境溫度高出1 所 需要的功率。 時(shí)間常數(shù)秒（s） 從溫度t0的介質(zhì)移入溫度為t的介質(zhì)中， 溫度升高t = 0.632(t-t0) 所需時(shí)間。 熱敏電阻的主要參數(shù)熱敏電阻的主要參數(shù) 33 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 用途 標(biāo)準(zhǔn)阻值 25（k） 額定功率 （W） 時(shí)間常數(shù) （s） 耗散系數(shù) （mW/） 溫度補(bǔ)償0.01 150.55 溫度補(bǔ)償0.82 3000.254 溫度補(bǔ)償10 10000.5 1157 7.6 測(cè)控溫6.8 10000.4 207 7

13、.6 測(cè)控溫3 1000.03 0.57 7.6 34 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 二、熱敏電阻的溫度特性二、熱敏電阻的溫度特性 35 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 T B TAeR 試驗(yàn)求試驗(yàn)求A、B： 22 11 T T RT RT 1 1 T B TAeR 2 2 T B TAeR ) 11 ( 2 1 11TT B T T e R R 1 1 T B T e R A 2 1 12 21 ln T T R R TT TT B 1、NTC的的 R-T 特性特性 36 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 0 0exp

14、T B T B RRT 0T 0R 0 （273.15K） 0 時(shí)的阻值時(shí)的阻值 T R 37 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 2、NTC的伏安特性的伏安特性 38 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 3、NTC的溫度系數(shù)的溫度系數(shù) T dT dR R T 1 dT Aed Ae T B T B )(1 2 T B .constT 低溫段比高溫段靈敏低溫段比高溫段靈敏 TT： 靈敏度比金屬熱電阻高（靈敏度比金屬熱電阻高（10倍）倍） I U 39 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 三、三、NTC的線性化處理的線性化處理 TRXR

15、 A I TRXR E 40 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 1、串聯(lián)法、串聯(lián)法 XTSRRR T RS 1 T R U I A I TRXR E T R XR TR XTRR 41 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 2、并聯(lián)法、并聯(lián)法 TRXR T R XR TR XTRR / XT XT RR RR R 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 四、應(yīng)用舉例四、應(yīng)用舉例 43 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 例例1：測(cè)流速：測(cè)流速 A E 1R2R 1 tR 2tR V WR 21ttRR 、 21RR 、 熱敏電阻熱敏電阻 平

16、衡電阻平衡電阻 0V 0V 電橋平衡電橋平衡 電橋失衡電橋失衡 44 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 例例2：熱電式繼電器：熱電式繼電器 J D tR R A BG 45 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 鉑測(cè)溫電阻傳感器 鉑測(cè)溫電阻缺點(diǎn)：響應(yīng)速度慢、容易破損、 難于測(cè)定狹窄位置的溫度。 現(xiàn)逐漸使用能大幅度改善上述缺點(diǎn)的極細(xì)型鎧裝鉑 測(cè)溫電阻，因而使應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。 主要應(yīng)用：鋼鐵、石油化工的各種工藝過(guò)程；纖維 等工業(yè)的熱處理工藝；食品工業(yè)的各種自動(dòng)裝置； 空調(diào)、冷凍冷藏工業(yè)；宇航和航空、物化設(shè)備及恒 溫槽 46 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技

17、術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 金屬絲熱電阻作為氣體傳感器的應(yīng)用金屬絲熱電阻作為氣體傳感器的應(yīng)用 1連通玻璃管連通玻璃管2流通玻璃管流通玻璃管3鉑絲鉑絲 （a）真空度測(cè)量方法對(duì)環(huán)境溫度變化比較敏感，）真空度測(cè)量方法對(duì)環(huán)境溫度變化比較敏感， 實(shí)際應(yīng)用中有恒溫或溫度補(bǔ)償裝置。可測(cè)到實(shí)際應(yīng)用中有恒溫或溫度補(bǔ)償裝置。可測(cè)到 133.32210-5Pa。 （b）可檢測(cè)管內(nèi)氣體介質(zhì)成分比例變化、熱風(fēng)流速變）可檢測(cè)管內(nèi)氣體介質(zhì)成分比例變化、熱風(fēng)流速變 化化 47 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 2 2、半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器、半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器 溫度測(cè)量 溫度控制 溫度補(bǔ)償 流量測(cè)量 48 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 溫度測(cè)量 熱敏電阻點(diǎn)溫計(jì)熱敏電阻點(diǎn)溫計(jì) 49 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 溫度控制 簡(jiǎn)易溫度控制器簡(jiǎn)易溫度控制器 50 傳感器與檢測(cè)技術(shù)