任務(wù)五 電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作

1、任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作 一、任務(wù)描述一、任務(wù)描述利用熱敏電阻制作電熱水器溫度控制器，當(dāng)電熱水器內(nèi)水溫低于設(shè)定利用熱敏電阻制作電熱水器溫度控制器，當(dāng)電熱水器內(nèi)水溫低于設(shè)定值時(shí)，接通電源加熱，加熱指示燈點(diǎn)亮。當(dāng)電熱水器內(nèi)水溫高于設(shè)定值時(shí)，接通電源加熱，加熱指示燈點(diǎn)亮。當(dāng)電熱水器內(nèi)水溫高于設(shè)定值時(shí)，斷開電源停止加熱。熱敏電阻如值時(shí)，斷開電源停止加熱。熱敏電阻如圖圖2-1所示。所示。 二、任務(wù)目標(biāo)二、任務(wù)目標(biāo)(1)掌握熱敏電阻傳感器的特點(diǎn)和工作原理。掌握熱敏電阻傳感器的特點(diǎn)和工作原理。(2)掌握熱敏電阻傳感器的測(cè)量電路。掌握熱敏電阻傳感器的測(cè)量電路。(

2、3)了解熱電偶的工作原理及其溫度補(bǔ)償。了解熱電偶的工作原理及其溫度補(bǔ)償。(4)能夠選用合適的溫度傳感器進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)。能夠選用合適的溫度傳感器進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)。下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作 三、知識(shí)鏈接三、知識(shí)鏈接 1.熱敏電阻傳感器熱敏電阻傳感器熱敏電阻是由金屬氧化物陶瓷半導(dǎo)體材料，經(jīng)成型、高溫?zé)Y(jié)等上藝熱敏電阻是由金屬氧化物陶瓷半導(dǎo)體材料，經(jīng)成型、高溫?zé)Y(jié)等上藝制成的測(cè)溫元件，還有一部分熱敏電阻由碳化硅材料制成。制成的測(cè)溫元件，還有一部分熱敏電阻由碳化硅材料制成。其優(yōu)點(diǎn)是電阻溫度系數(shù)大、電阻率大、體積小、熱慣性小，適宜測(cè)量其優(yōu)點(diǎn)是電阻溫度

3、系數(shù)大、電阻率大、體積小、熱慣性小，適宜測(cè)量點(diǎn)溫、表溫度及快速變化的溫度點(diǎn)溫、表溫度及快速變化的溫度;其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、力學(xué)性能好。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、力學(xué)性能好。缺點(diǎn)是線性度較差，復(fù)現(xiàn)性和互換性較差。缺點(diǎn)是線性度較差，復(fù)現(xiàn)性和互換性較差。 上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作 (1)熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和工作原理熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和工作原理熱敏電阻的基本工作原理是利用半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而顯熱敏電阻的基本工作原理是利用半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而顯著變化的特點(diǎn)，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，熱敏電阻的電阻值也發(fā)生變化。著變化的特點(diǎn)，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，熱敏電阻的電阻

4、值也發(fā)生變化。利用測(cè)量電路對(duì)電阻值的變化進(jìn)行測(cè)量，并將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電利用測(cè)量電路對(duì)電阻值的變化進(jìn)行測(cè)量，并將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電流或電壓變化，從而使電壓或電流的變化與溫度的變化成一定的關(guān)系，流或電壓變化，從而使電壓或電流的變化與溫度的變化成一定的關(guān)系，完成溫度的測(cè)量。完成溫度的測(cè)量。任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作熱敏電阻是由一些金屬氧化物，如鉆熱敏電阻是由一些金屬氧化物，如鉆(co),錳錳(mn),鎳鎳(ni)等的氧化物等的氧化物采用不同比例配方混合，研磨后加入勃合劑，埋入適當(dāng)引線采用不同比例配方混合，研磨后加入勃合劑，埋入適當(dāng)引線(鉑絲鉑絲)，

5、擠壓成型再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。擠壓成型再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。熱敏電阻根據(jù)使用要求不同，可制成珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等各熱敏電阻根據(jù)使用要求不同，可制成珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等各種形狀，如種形狀，如圖圖2-2所示。所示。工業(yè)測(cè)量主要用珠型熱敏電阻，其外形如工業(yè)測(cè)量主要用珠型熱敏電阻，其外形如 所示。將珠型熱敏電阻燒所示。將珠型熱敏電阻燒結(jié)在兩根鉑絲上，外面涂覆玻璃層，并用杜美絲與鉑絲相接引出，外結(jié)在兩根鉑絲上，外面涂覆玻璃層，并用杜美絲與鉑絲相接引出，外面再用玻璃管作保護(hù)套管，保護(hù)套管外徑為面再用玻璃管作保護(hù)套管，保護(hù)套管外徑為35mm，若把熱敏電阻，若把熱敏電阻配上不平衡電橋和指示儀表，則成為半導(dǎo)

6、體點(diǎn)溫度計(jì)。配上不平衡電橋和指示儀表，則成為半導(dǎo)體點(diǎn)溫度計(jì)。上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作 2)熱敏電阻的熱電特性熱敏電阻的熱電特性根據(jù)熱敏電阻的阻值和溫度之間的關(guān)系，可以把熱敏電阻分成根據(jù)熱敏電阻的阻值和溫度之間的關(guān)系，可以把熱敏電阻分成-,種類種類型，分別是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻型，分別是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻ntc、正溫度系數(shù)熱敏電阻、正溫度系數(shù)熱敏電阻ptc和突和突變型熱敏電阻變型熱敏電阻ctr，其電阻和溫度之間的特性曲線如其電阻和溫度之間的特性曲線如圖圖2-4所示，不同類型的熱敏電阻材所示，不同類型的熱敏電阻材料如料如表表2-1所示

7、。所示。 (1)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻ntcntc熱敏電阻的阻值隨著溫度的升高而減小，是最常見的熱敏電阻，熱敏電阻的阻值隨著溫度的升高而減小，是最常見的熱敏電阻，它的材料主要是一些過渡金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷，如錳、鉆、鐵、鎳、它的材料主要是一些過渡金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷，如錳、鉆、鐵、鎳、銅等多種氧化物混合燒結(jié)而成，銅等多種氧化物混合燒結(jié)而成，多用于溫度的測(cè)量。多用于溫度的測(cè)量。上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作 (2)正溫度系數(shù)熱敏電阻正溫度系數(shù)熱敏電阻ptc。ptc熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而增大熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而

8、增大，典型的，典型的ptc熱敏電阻是在熱敏電阻是在欽酸鋇中摻入其他金屬離子，以改變其溫度系數(shù)和臨界溫度點(diǎn)。欽酸鋇中摻入其他金屬離子，以改變其溫度系數(shù)和臨界溫度點(diǎn)。它在它在電子線路中多起限流作用。電子線路中多起限流作用。 (3)突變型熱敏電阻突變型熱敏電阻ctrctr熱敏電阻當(dāng)溫度升高到某臨界值時(shí)，其電阻值隨溫度升高而降低熱敏電阻當(dāng)溫度升高到某臨界值時(shí)，其電阻值隨溫度升高而降低34個(gè)數(shù)量級(jí)，即具有很大負(fù)溫度系數(shù)。個(gè)數(shù)量級(jí)，即具有很大負(fù)溫度系數(shù)。在某個(gè)溫度范圍內(nèi)阻值急劇在某個(gè)溫度范圍內(nèi)阻值急劇下降，曲線斜率在此區(qū)段特別陡峭，靈敏度極高。下降，曲線斜率在此區(qū)段特別陡峭，靈敏度極高。此特性可用于自動(dòng)此

9、特性可用于自動(dòng)控溫和報(bào)警電路中。控溫和報(bào)警電路中。上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作 3)熱敏電阻的基本參數(shù)熱敏電阻的基本參數(shù)(1)標(biāo)稱阻值標(biāo)稱阻值rh(冷阻冷阻)。環(huán)境溫度為環(huán)境溫度為(250.2)時(shí)，熱敏電阻的阻值，單位為時(shí)，熱敏電阻的阻值，單位為。(2)電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)t(%/)。溫度每變化溫度每變化1，熱敏電阻阻值的相對(duì)變化率，單位為，熱敏電阻阻值的相對(duì)變化率，單位為%/。如不作。如不作特別說明，是指特別說明，是指20時(shí)的溫度系數(shù)，即時(shí)的溫度系數(shù)，即式中式中rt溫度為溫度為t時(shí)的阻值。時(shí)的阻值。上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱

10、水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作(3)散熱系數(shù)散熱系數(shù)h。溫度變化溫度變化1，熱敏電阻所耗散的功率變化量，單位為，熱敏電阻所耗散的功率變化量，單位為w/或或mw/ 。在土作范圍內(nèi)，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，。在土作范圍內(nèi)，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，h值隨之變化，其大小與熱值隨之變化，其大小與熱敏電阻的結(jié)構(gòu)、形狀和所處介質(zhì)的種類及狀態(tài)有關(guān)。敏電阻的結(jié)構(gòu)、形狀和所處介質(zhì)的種類及狀態(tài)有關(guān)。(4)轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度tc。熱敏電阻器的電阻一溫度特性曲線上的拐點(diǎn)溫度，主要指正電阻溫度熱敏電阻器的電阻一溫度特性曲線上的拐點(diǎn)溫度，主要指正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻系數(shù)熱敏電阻(ptc)和臨界溫度熱敏電阻

11、和臨界溫度熱敏電阻(ctr )。上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作 4)熱敏電阻的應(yīng)用熱敏電阻的應(yīng)用熱敏電阻具有尺寸小、響應(yīng)速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，因此它在許多熱敏電阻具有尺寸小、響應(yīng)速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，因此它在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，可用于溫度測(cè)量、溫度控制、溫度補(bǔ)償、穩(wěn)壓領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，可用于溫度測(cè)量、溫度控制、溫度補(bǔ)償、穩(wěn)壓穩(wěn)幅、自動(dòng)增益調(diào)節(jié)、氣體和液體分析、火災(zāi)報(bào)警、過熱保護(hù)等方面。穩(wěn)幅、自動(dòng)增益調(diào)節(jié)、氣體和液體分析、火災(zāi)報(bào)警、過熱保護(hù)等方面。下面介紹幾種主要用法。下面介紹幾種主要用法。任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)

12、一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作 (1)溫度測(cè)量。溫度測(cè)量。圖圖2-5所示為熱敏電阻體溫表的測(cè)量原理，利用其原理還可以制作其所示為熱敏電阻體溫表的測(cè)量原理，利用其原理還可以制作其他測(cè)溫、控溫電路。他測(cè)溫、控溫電路。調(diào)試時(shí)，必須先調(diào)零再調(diào)溫度，最后再驗(yàn)證刻度盤中其他各點(diǎn)的誤差調(diào)試時(shí)，必須先調(diào)零再調(diào)溫度，最后再驗(yàn)證刻度盤中其他各點(diǎn)的誤差是否在允許范圍之內(nèi)，上述過程稱為標(biāo)定。具體做法如下是否在允許范圍之內(nèi)，上述過程稱為標(biāo)定。具體做法如下:將絕緣的將絕緣的熱敏電阻放入犯熱敏電阻放入犯的溫水中待熱量平衡后，調(diào)節(jié)的溫水中待熱量平衡后，調(diào)節(jié)rp1，使指針指在，使指針指在32上，再加熱水，用更高一級(jí)的溫度

13、計(jì)監(jiān)測(cè)水溫，使其上升到上，再加熱水，用更高一級(jí)的溫度計(jì)監(jiān)測(cè)水溫，使其上升到5，待，待熱量平衡后，調(diào)節(jié)熱量平衡后，調(diào)節(jié)rp2，使指針指在，使指針指在45上，再加冷水，逐步降溫檢查上，再加冷水，逐步降溫檢查32 45內(nèi)刻度的準(zhǔn)確程度。內(nèi)刻度的準(zhǔn)確程度。上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作 (2)溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償。熱敏電阻可以在一定范圍內(nèi)對(duì)某些元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償。熱敏電阻可以在一定范圍內(nèi)對(duì)某些元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償。圖圖2-6所示為所示為三極管溫度補(bǔ)償電路。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，三極管的放大倍數(shù)刀隨溫三極管溫度補(bǔ)償電路。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，三極管的放大倍數(shù)刀隨

14、溫度的升高將增大，溫度每上升度的升高將增大，溫度每上升1，刀值增大，刀值增大0.5%1%，其結(jié)果是在，其結(jié)果是在相同的相同的ib情況下，集電極電流情況下，集電極電流ic隨溫度上升而增大，使得輸出隨溫度上升而增大，使得輸出usc增大，增大，若要使若要使usc維持不變，則需要提高基極電位，減小三極管基極電流。維持不變，則需要提高基極電位，減小三極管基極電流。為此選用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償。為此選用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償。上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作 (3)液位測(cè)量。液位測(cè)量。給給ntc型熱敏電阻施加一定的加熱電流，它的表

15、面溫度將高于周圍空型熱敏電阻施加一定的加熱電流，它的表面溫度將高于周圍空氣的溫度，此時(shí)它的阻值相對(duì)較小。當(dāng)液面高于其安裝高度時(shí)，液體氣的溫度，此時(shí)它的阻值相對(duì)較小。當(dāng)液面高于其安裝高度時(shí)，液體將帶走它的熱量，使之溫度下降，阻值升高。根據(jù)它的阻值變化，就將帶走它的熱量，使之溫度下降，阻值升高。根據(jù)它的阻值變化，就可以知道液面是否低于設(shè)定值。汽車車廂中的油位報(bào)警傳感器就是利可以知道液面是否低于設(shè)定值。汽車車廂中的油位報(bào)警傳感器就是利用以上原理制作的。用以上原理制作的。任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作 (4)過載保護(hù)。過載保護(hù)。如如圖圖2-7所示，所示，rt1

16、, rt2, rt3是熱電特性相同的是熱電特性相同的3個(gè)熱敏電阻，安裝在三個(gè)熱敏電阻，安裝在三相繞組附近。電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)溫度低，熱敏電阻高，三極管不相繞組附近。電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)溫度低，熱敏電阻高，三極管不導(dǎo)通，繼電器不吸合，使電機(jī)正常運(yùn)行。當(dāng)電機(jī)過載時(shí)，電機(jī)溫度升導(dǎo)通，繼電器不吸合，使電機(jī)正常運(yùn)行。當(dāng)電機(jī)過載時(shí)，電機(jī)溫度升高，熱敏電阻的阻值減小，使三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，則電機(jī)停止高，熱敏電阻的阻值減小，使三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，則電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用。轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用。上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作 2.熱

17、電阻傳感器熱電阻傳感器在測(cè)量在測(cè)量200w/220v普通燈泡冷態(tài)阻值時(shí)，可發(fā)現(xiàn)僅有數(shù)十歐，但按普通燈泡冷態(tài)阻值時(shí)，可發(fā)現(xiàn)僅有數(shù)十歐，但按r=u2/p計(jì)算其熱態(tài)阻值為計(jì)算其熱態(tài)阻值為28252,，冷熱阻值相差近，冷熱阻值相差近10倍，由此可知，倍，由此可知，鎢絲在不同溫度場(chǎng)中阻值是不同的。鎢絲在不同溫度場(chǎng)中阻值是不同的。在金屬中，載流子為自由電子，當(dāng)溫度升高時(shí)，雖然自由電子數(shù)目基在金屬中，載流子為自由電子，當(dāng)溫度升高時(shí)，雖然自由電子數(shù)目基本不變本不變(當(dāng)溫度變化范圍不是很大時(shí)當(dāng)溫度變化范圍不是很大時(shí))，但每個(gè)自由電子的動(dòng)能將增加，但每個(gè)自由電子的動(dòng)能將增加，因而在一定的電場(chǎng)作用下，要使這些雜亂無

18、章的電子做定向運(yùn)動(dòng)，就因而在一定的電場(chǎng)作用下，要使這些雜亂無章的電子做定向運(yùn)動(dòng)，就會(huì)遇到更大的阻力，導(dǎo)致會(huì)遇到更大的阻力，導(dǎo)致金屬電阻值隨溫度的升高而增加金屬電阻值隨溫度的升高而增加。熱電阻就熱電阻就是利用電阻隨溫度升高而增大這一特性來測(cè)量溫度的。是利用電阻隨溫度升高而增大這一特性來測(cè)量溫度的。上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作 1)常用熱電阻常用熱電阻熱電阻是利用電阻與溫度成一定函數(shù)關(guān)系的特性，由金屬材料制成的熱電阻是利用電阻與溫度成一定函數(shù)關(guān)系的特性，由金屬材料制成的感溫元件。感溫元件。當(dāng)被測(cè)溫度變化時(shí)，導(dǎo)體的電阻隨溫度變化而變化，通

19、過當(dāng)被測(cè)溫度變化時(shí)，導(dǎo)體的電阻隨溫度變化而變化，通過測(cè)量電阻值變化的大小而得出溫度變化的情況及數(shù)值大小。測(cè)量電阻值變化的大小而得出溫度變化的情況及數(shù)值大小。熱電阻是熱電阻是中、低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。中、低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。作為測(cè)溫用的熱電阻材料，希望其具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性作為測(cè)溫用的熱電阻材料，希望其具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加上容易等特點(diǎn)。目前較為廣泛應(yīng)用的熱能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加上容易等特點(diǎn)。目前較為廣泛應(yīng)用的熱電阻材料為銅、鉑、鐵和鎳等。其中，鉑的性能最好，它的適用溫度電阻材料為銅、鉑、鐵和鎳等。其中，鉑的性能最好，它的適用溫度

20、范圍為范圍為-200 960，其電阻值和溫度之間有近似的線性關(guān)系。銅，其電阻值和溫度之間有近似的線性關(guān)系。銅熱電阻價(jià)廉且線性較好，但高溫下容易氧化，故只適用于測(cè)量熱電阻價(jià)廉且線性較好，但高溫下容易氧化，故只適用于測(cè)量-50 150。表表2-2給出了熱電阻的主要性能指標(biāo)。給出了熱電阻的主要性能指標(biāo)。任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作 (1)鉑熱電阻鉑熱電阻。鉑材料的優(yōu)點(diǎn)為鉑材料的優(yōu)點(diǎn)為:物理、化學(xué)性能極為穩(wěn)定，尤其是耐氧化能力很強(qiáng)，物理、化學(xué)性能極為穩(wěn)定，尤其是耐氧化能力很強(qiáng)，并且在很寬的溫度范圍內(nèi)并且在很寬的溫度范圍內(nèi)(1200以下以下)均可保持上述特性均

21、可保持上述特性;易于提純，易于提純，復(fù)制性好，有良好的上藝性，可以制成極細(xì)的鉑絲或極薄的鉑箔復(fù)制性好，有良好的上藝性，可以制成極細(xì)的鉑絲或極薄的鉑箔;電電阻率較高。阻率較高。缺點(diǎn)是缺點(diǎn)是:電阻溫度系數(shù)較小電阻溫度系數(shù)較小;在還原介質(zhì)中工作時(shí)易被沾污變脆在還原介質(zhì)中工作時(shí)易被沾污變脆;價(jià)格較價(jià)格較高。高。上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作鉑熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系近似線性鉑熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系近似線性，其特性方程為，其特性方程為當(dāng)當(dāng)-200 t0時(shí)，有時(shí)，有當(dāng)當(dāng)0 t960時(shí)，有時(shí)，有式中，式中，rt溫度為溫度為t時(shí)鉑熱電阻的阻值，時(shí)鉑

22、熱電阻的阻值，。 r0溫度為溫度為0時(shí)鉑熱電阻的阻值，時(shí)鉑熱電阻的阻值，。上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作(2)銅熱電阻。銅熱電阻。鉑金屬貴重，因此在一些測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合，普遍鉑金屬貴重，因此在一些測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合，普遍地采用銅熱電阻來測(cè)量地采用銅熱電阻來測(cè)量-50+150的溫度。在此溫度范圍內(nèi)，阻的溫度。在此溫度范圍內(nèi)，阻值與溫度的關(guān)系幾乎呈線性關(guān)系，值與溫度的關(guān)系幾乎呈線性關(guān)系，即可近似表示為即可近似表示為銅熱電阻溫度系數(shù)比鉑高，而電阻率比鉑低，容易提純，加上性能好，銅熱電阻溫度系數(shù)比鉑高，而電阻率比

23、鉑低，容易提純，加上性能好，可拉成細(xì)絲，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是易氧化，不宜在腐蝕性介質(zhì)或高溫下可拉成細(xì)絲，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是易氧化，不宜在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。鑒于上述特點(diǎn)，在介質(zhì)溫度不高、腐蝕性不強(qiáng)、測(cè)溫元件體積工作。鑒于上述特點(diǎn)，在介質(zhì)溫度不高、腐蝕性不強(qiáng)、測(cè)溫元件體積不受限制的條件下大都采用銅熱電阻。不受限制的條件下大都采用銅熱電阻。任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作2)熱電阻的結(jié)構(gòu)和類型熱電阻的結(jié)構(gòu)和類型金屬熱電阻按其結(jié)構(gòu)類型來分金屬熱電阻按其結(jié)構(gòu)類型來分:普通型、普通型、 鎧裝型鎧裝型 薄膜型薄膜型普通型熱電阻由感溫元件普通型熱電阻由感溫元件(金屬電阻

24、絲金屬電阻絲)、骨架、引線、保護(hù)套管及接、骨架、引線、保護(hù)套管及接線盒等基本部分組成。線盒等基本部分組成。上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作(1)感溫元件感溫元件(金屬電阻絲金屬電阻絲)。由于鉑的電阻率較大，而且相對(duì)機(jī)械強(qiáng)度較大，通常鉑絲的直徑為由于鉑的電阻率較大，而且相對(duì)機(jī)械強(qiáng)度較大，通常鉑絲的直徑為(0.030.07 ) mm0.005 mm?？蓡螌永@制，若鉑絲太細(xì)，電阻體可?？蓡螌永@制，若鉑絲太細(xì)，電阻體可做得小些，但強(qiáng)度低做得小些，但強(qiáng)度低;若鉑絲粗，雖強(qiáng)度大，但電阻體積大了，熱惰若鉑絲粗，雖強(qiáng)度大，但電阻體積大了，熱惰性也大，成

25、本高。由于銅的機(jī)械強(qiáng)度較低，電阻絲的直徑需較大。一性也大，成本高。由于銅的機(jī)械強(qiáng)度較低，電阻絲的直徑需較大。一般為般為0.1 mm0.005 mm的漆包銅線或絲包線分層繞在骨架上，并涂的漆包銅線或絲包線分層繞在骨架上，并涂上絕緣漆而成。上絕緣漆而成。由于銅電阻的溫度低，故可以重疊多層繞制，一般多用雙繞法，即兩由于銅電阻的溫度低，故可以重疊多層繞制，一般多用雙繞法，即兩根絲平行繞制，在末端把兩個(gè)頭焊接起來，這樣工作電流從一根熱電根絲平行繞制，在末端把兩個(gè)頭焊接起來，這樣工作電流從一根熱電阻絲進(jìn)入，從另一根熱電阻絲反向出來，形成兩個(gè)電流方向相反的線阻絲進(jìn)入，從另一根熱電阻絲反向出來，形成兩個(gè)電流方

26、向相反的線圈，其磁場(chǎng)方向相反，產(chǎn)生的電感就互相抵消，故又稱無感繞法。這圈，其磁場(chǎng)方向相反，產(chǎn)生的電感就互相抵消，故又稱無感繞法。這種雙繞法也有利于引線的引出。種雙繞法也有利于引線的引出。上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作(2)骨架。骨架。熱電阻是繞制在骨架上的，骨架是用來支持和固定電阻絲的。骨架應(yīng)熱電阻是繞制在骨架上的，骨架是用來支持和固定電阻絲的。骨架應(yīng)使用電絕緣性能好，高溫下機(jī)械強(qiáng)度高，體膨脹系數(shù)小，物理、化學(xué)使用電絕緣性能好，高溫下機(jī)械強(qiáng)度高，體膨脹系數(shù)小，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，對(duì)熱電阻絲無污染的材料制造，常用的是云母、石英、陶性能穩(wěn)

27、定，對(duì)熱電阻絲無污染的材料制造，常用的是云母、石英、陶瓷、玻璃及塑料等。瓷、玻璃及塑料等。(3)引線。引線。引線的直徑應(yīng)當(dāng)比熱電阻絲大幾倍，盡量減少引線的電阻，以增加引引線的直徑應(yīng)當(dāng)比熱電阻絲大幾倍，盡量減少引線的電阻，以增加引線的機(jī)械強(qiáng)度和連接的可靠性，對(duì)于工業(yè)用的鉑熱電阻，一般采用線的機(jī)械強(qiáng)度和連接的可靠性，對(duì)于工業(yè)用的鉑熱電阻，一般采用1 mm的銀絲作為引線。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的鉑熱電阻則可采用的銀絲作為引線。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的鉑熱電阻則可采用0.3 mm的鉑絲的鉑絲作為引線。對(duì)于銅熱電阻則常用作為引線。對(duì)于銅熱電阻則常用0.5 mm的銅線。的銅線。上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一

28、電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作在骨架上繞制好熱電阻絲，并焊好引線之后，在其外面加上云母片進(jìn)在骨架上繞制好熱電阻絲，并焊好引線之后，在其外面加上云母片進(jìn)行保護(hù)，再裝入外保護(hù)套管，并和接線盒或外部導(dǎo)線相連接，即得到行保護(hù)，再裝入外保護(hù)套管，并和接線盒或外部導(dǎo)線相連接，即得到熱電阻傳感器。熱電阻傳感器。鉑、銅熱電阻外形如鉑、銅熱電阻外形如圖圖2-8所示，結(jié)構(gòu)如所示，結(jié)構(gòu)如圖圖2-9 ,圖圖2-10所示。所示。目前，還研制生產(chǎn)了薄膜型熱電阻，它是利用真空蒸鍍法使鉑金屬薄目前，還研制生產(chǎn)了薄膜型熱電阻，它是利用真空蒸鍍法使鉑金屬薄膜附著在耐高溫基底上。其尺寸可以小至幾平方毫米，可將其粘貼在膜附著在耐

29、高溫基底上。其尺寸可以小至幾平方毫米，可將其粘貼在被測(cè)高溫物體上，測(cè)量局部溫度，具有熱容量小、反應(yīng)快等特點(diǎn)。被測(cè)高溫物體上，測(cè)量局部溫度，具有熱容量小、反應(yīng)快等特點(diǎn)。3)熱電阻的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路熱電阻的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號(hào)通過引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其他一次儀表上。信號(hào)通過引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其他一次儀表上。上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與控制室之間存在一定的距離，因此工業(yè)用熱電阻安裝

30、在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大的影響。熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大的影響。目前熱電阻的接線方式有兩線制、三線制和四線制。工業(yè)上一般采用目前熱電阻的接線方式有兩線制、三線制和四線制。工業(yè)上一般采用三線制。三線制。(1)兩線制。兩線制。在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號(hào)的方式叫作兩線制，在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號(hào)的方式叫作兩線制，如如圖圖2-11(a)所示。這種引線方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線必然存在所示。這種引線方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻引線電阻:，:的大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長(zhǎng)度的因素有關(guān)，的大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長(zhǎng)度的

31、因素有關(guān)，因此這種引線因此這種引線方式只適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合。方式只適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合。上一頁 下一頁返回任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作(2)三線制。三線制。在熱電阻根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為在熱電阻根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，如圖三線制，如圖2-11(b)所示。這種方式通常與電橋配套使用，將導(dǎo)線所示。這種方式通常與電橋配套使用，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路

32、電阻帶來的測(cè)量誤差，是工業(yè)過相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測(cè)量誤差，是工業(yè)過程控制中的最常用連接方式。程控制中的最常用連接方式。(3)四線制。四線制。在熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引在熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流線為熱電阻提供恒定電流i，把，把r轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)u，再通過另兩根引，再通過另兩根引線把線把u引至二次儀表?？梢?，引至二次儀表?？梢?，這種引線方式可完全消除引線的電阻影這種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測(cè)。響，主要用于高精度的溫度檢測(cè)。上一頁 下一頁返回任務(wù)

33、一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與任務(wù)一電熱水器溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作制作4)熱電阻的應(yīng)用熱電阻的應(yīng)用(1)溫度測(cè)量。溫度測(cè)量。利用熱電阻的高靈敏度進(jìn)行液體、氣體、固體、固熔體等方面的溫度利用熱電阻的高靈敏度進(jìn)行液體、氣體、固體、固熔體等方面的溫度測(cè)量，是熱電阻的主要應(yīng)用。工業(yè)測(cè)量中常用測(cè)量，是熱電阻的主要應(yīng)用。工業(yè)測(cè)量中常用3線制接法，標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嵕€制接法，標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶒?yàn)室精密測(cè)量中常用四線制。驗(yàn)室精密測(cè)量中常用四線制。圖圖2-12所示電路可直接作為鉑熱電阻測(cè)溫電路應(yīng)用，對(duì)于銅電阻測(cè)溫，所示電路可直接作為鉑熱電阻測(cè)溫電路應(yīng)用，對(duì)于銅電阻測(cè)溫，由于其非線性很小由于其非線性很小(可近似認(rèn)為線性可近似認(rèn)為線性)，無需補(bǔ)償非線性，只要將，無需補(bǔ)償非線性，只要將圖圖2-12所示電路中的所示電路中的r4去掉去掉(開路開路)即可。改變即可。改變r(jià)7的阻值可改變的阻值可改變ic12的放大的放大倍數(shù)，以滿足測(cè)溫范圍倍數(shù)，以滿足測(cè)溫范圍(量程量程)要求。應(yīng)用此電路時(shí)，要求