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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 Sensors2傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)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)4傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)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)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

2、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)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)C0C190C6600)100(1 )1 (32020ttCBtAtRBtAtRRt其中,Rt:溫度為 t 時(shí)的電阻;R0 :溫度為 0 時(shí)的電阻;A:常數(shù), 3.940 10-2 -1 B:常數(shù), -5.84 10-7 -2C: 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

3、檢測(cè)技術(shù) 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) 1000(100)RWR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)9傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)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)

4、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)11傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 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

5、術(shù)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 (320CtBtAtRRt-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))(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)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4.251

6、0-30.0170-50 +150線性鐵6.5010-30.0910-50 +150非線性鐵6.6010-30.1210-50 +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)16傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)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)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 4.3K4.2 15K,靈敏度是鉑的10倍。材料軟,重復(fù)性差。錳電阻63 2K(-271 -210 )靈敏

7、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)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)20傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)12abwtRRRRrr12()btwaRRRrrR電橋平衡時(shí):若保證 Ra = Rb,則有:12()twRRrr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)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)電橋平衡時(shí):12abwtRRrRRr12()bwatwaaRR rR rRRRR若保證 Ra = Rb,則有

8、:12watwaR rR rRRRr1,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)24傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)電橋平衡時(shí):31abtwRRRrRr13aatwbbRRRRrrRR若保證 Ra = Rb,則有:13twRRrrr1,r3 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)IURtSEtRIIrrrr2、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)27傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)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Pa31

9、0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))1 (21niiin1100iin21、1KRpRrEA2KR1XR2XRwRR21kkRR 、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)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)31傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)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)參 數(shù)單 位定 義標(biāo)稱阻值RH(冷電阻)(250.2)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

10、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)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 7.6測(cè)控溫3 1000.03 0.57 7.634傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)二、熱敏電阻的溫度特性二、熱敏電阻的溫度特性35傳感器

11、與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)TBTAeR 試驗(yàn)求試驗(yàn)求A、B:2211TTRTRT11TBTAeR22TBTAeR)11(2111TTBTTeRR11TBTeRA 211221lnTTRRTTTTB1、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)00expTBTBRRT0T0R 0 (273.15K) 0 時(shí)的阻值時(shí)的阻值TR37傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)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)3、NTC的溫度系數(shù)的溫度系數(shù) TdTdRRT1dTAedAeTBTB)(12TB.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

12、電阻高(靈敏度比金屬熱電阻高(10倍)倍)IU39傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)三、三、NTC的線性化處理的線性化處理TRXRAITRXRE40傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)1、串聯(lián)法、串聯(lián)法XTSRRRTRS1TRUIAITRXRETRXRTRXTRR 41傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)2、并聯(lián)法、并聯(lián)法TRXRTRXRTRXTRR /XTXTRRRRR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)例例1:測(cè)流速:測(cè)流速AE1R2R1 tR2tRVWR21ttRR 、21RR 、 熱敏電阻熱敏電阻 平衡電阻平衡電阻0V0V電橋平衡電橋平衡電

13、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)例例2:熱電式繼電器:熱電式繼電器JDtRRABG45傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)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?,F(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)技術(shù)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)

14、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??蓽y(cè)到實(shí)際應(yīng)用中有恒溫或溫度補(bǔ)償裝置??蓽y(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)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) 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) 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)傳感器與檢測(cè)技術(shù) 溫度補(bǔ)償儀表中的電阻溫度補(bǔ)償電

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