第04講 熱電阻溫度傳感器

1、傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(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傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(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傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)4傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(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傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)1. 常用熱電阻 鉑熱電阻主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計，廣泛應(yīng)用于溫度基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。 銅熱電阻測量精度要求不高且溫度較低的場合，測量范圍一般為50150。 6傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)C0C190C6600)100(1 )1 (32020ttCBtAtRBtAtRRt其中，Rt：溫度為 t 時的電阻；R0 ：溫度為 0 時的電阻；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傳感器與檢測技術(shù)傳感器與

3、檢測技術(shù) 長時間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達10-4 K ，是目前測溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種溫度計。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，國際實用溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，國際實用溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，W（100）1.3925目前技術(shù)水平已達到目前技術(shù)水平已達到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傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)9傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻，國內(nèi)統(tǒng)一

4、設(shè)計的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻，W（100）1.391，R0分為分為50和和100兩種，分度號分別為兩種，分度號分別為 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傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)11傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 銅熱電阻銅熱電阻應(yīng) 用：測量精度要求不高且溫度較低的場合測量范圍：50150優(yōu) 點：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，價格便宜，復(fù)制性能好。缺 點：易于氧化，一般只用于150以下的低溫測量和沒有水分及無侵蝕性介質(zhì)的溫度測量。與鉑相比，銅的電阻率低，所以銅電阻的體積較大。12傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢

5、測技術(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 精確計算時精確計算時13傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù))(1000ttRRt其中，Rt、R0 溫度為 t 和 t 0時的電阻； 溫度為 t 0 時的溫度系數(shù)。0模型模型2：14傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(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4.2

6、510-30.0170-50 +150線性鐵6.5010-30.0910-50 +150非線性鐵6.6010-30.1210-50 +100非線性15傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)16傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)優(yōu) 點（1）易提純；（2）物理、化學(xué)特性穩(wěn)定；（3）輸出近線性；（4）價格低廉。缺 點（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傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(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) 點缺點銦電阻室溫 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 ）

7、靈敏度高材料脆，難拉成絲。碳電阻-273 -268.5液氦溫域價格低廉，對磁場不敏感。熱穩(wěn)定差18傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)三、熱電阻傳感器的測量電路三、熱電阻傳感器的測量電路19傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)20傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)12abwtRRRRrr12()btwaRRRrrR電橋平衡時：若保證 Ra = Rb，則有：12()twRRrr可見 r1，r2 對測量結(jié)果的影響較大21傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)1、三線制、三線制22傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)電橋平衡時：12abwtRRrRRr12()bwatwaaRR rR rRRRR若保證 Ra = Rb，

8、則有：12watwaR rR rRRRr1，r2 的影響有了一定的減小23傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)24傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)電橋平衡時：31abtwRRRrRr13aatwbbRRRRrrRR若保證 Ra = Rb，則有：13twRRrrr1，r3 的影響減小得更小。25傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)IURtSEtRIIrrrr2、四線制、四線制26傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)27傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)四、熱電阻應(yīng)用舉例四、熱電阻應(yīng)用舉例例例1 1：測量真空度：測量真空度I恒溫容器恒溫容器被測介質(zhì)被測介質(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

9、310測量真空度：tRT平衡28傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù))1 (21niiin1100iin21、1KRpRrEA2KR1XR2XRwRR21kkRR 、21XXRR 、例例2：氣體成分分析儀：氣體成分分析儀29傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(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傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)31傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)一、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和特點一、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和特點玻璃殼玻璃殼熱敏電阻熱敏電阻引線引線32傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)參 數(shù)單 位定 義標(biāo)稱阻值RH（冷電阻）(250.2)時測得的阻值。溫度系數(shù)t1/20 時的電阻溫度系數(shù)

10、。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傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)用途標(biāo)準(zhǔn)阻值25（k）額定功率（W）時間常數(shù)（s）耗散系數(shù)（mW/）溫度補償0.01 150.55溫度補償0.82 3000.254溫度補償10 10000.5 1157 7.6測控溫6.8 10000.4 207 7.6測控溫3 1000.03 0.57 7.634傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)二、熱敏電阻的溫度特性二、熱敏電阻的溫度特性35傳

11、感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)TBTAeR 試驗求試驗求A、B：2211TTRTRT11TBTAeR22TBTAeR)11(2111TTBTTeRR11TBTeRA 211221lnTTRRTTTTB1、NTC的的 R-T 特性特性36傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)00expTBTBRRT0T0R 0 （273.15K） 0 時的阻值時的阻值TR37傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)2、NTC的伏安特性的伏安特性38傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(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

12、屬熱電阻高（靈敏度比金屬熱電阻高（10倍）倍）IU39傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)三、三、NTC的線性化處理的線性化處理TRXRAITRXRE40傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)1、串聯(lián)法、串聯(lián)法XTSRRRTRS1TRUIAITRXRETRXRTRXTRR 41傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)2、并聯(lián)法、并聯(lián)法TRXRTRXRTRXTRR /XTXTRRRRR傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)四、應(yīng)用舉例四、應(yīng)用舉例43傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)例例1：測流速：測流速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

13、衡電橋失衡電橋失衡44傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)例例2：熱電式繼電器：熱電式繼電器JDtRRABG45傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)鉑測溫電阻傳感器 鉑測溫電阻缺點：響應(yīng)速度慢、容易破損、 難于測定狹窄位置的溫度?，F(xiàn)逐漸使用能大幅度改善上述缺點的極細型鎧裝鉑測溫電阻，因而使應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。主要應(yīng)用：鋼鐵、石油化工的各種工藝過程；纖維等工業(yè)的熱處理工藝；食品工業(yè)的各種自動裝置；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傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(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 （

14、a）真空度測量方法對環(huán)境溫度變化比較敏感，）真空度測量方法對環(huán)境溫度變化比較敏感， 實際應(yīng)用中有恒溫或溫度補償裝置?？蓽y到實際應(yīng)用中有恒溫或溫度補償裝置?？蓽y到133.32210-5Pa。（b）可檢測管內(nèi)氣體介質(zhì)成分比例變化、熱風(fēng)流速變）可檢測管內(nèi)氣體介質(zhì)成分比例變化、熱風(fēng)流速變化化47傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(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 溫度測量 溫度控制 溫度補償 流量測量48傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 溫度測量 熱敏電阻點溫計熱敏電阻點溫計 49傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 溫度控制簡易溫度控制器簡易溫度控制器 50傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 溫度補償儀表中的電阻溫度補償電