熱電阻式傳感器

2.3熱電阻式傳感器2.3.1(金屬)熱電阻2.3.2(半導(dǎo)體)熱敏電阻2.3.3熱電阻式傳感器的應(yīng)用上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.3.1金屬熱電阻

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（特征）：

1）電阻與溫度變化具有良好的線性關(guān)系；2）電阻溫度系數(shù)大，便于精確測(cè)量，（以提高熱電阻的靈敏度）； 3）電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快。

4）在測(cè)量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能； 5）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，低溫測(cè)量中是常用銦、錳、碳等制成的熱電阻。上一頁(yè)下一頁(yè)返回?zé)犭娮璧慕Y(jié)構(gòu)上一頁(yè)下一頁(yè)返回普通工業(yè)用熱電阻式溫度傳感器1）常用熱電阻⑴鉑熱電阻鉑電阻(IEC)的電阻率較大，電阻—溫度關(guān)系呈非線性，測(cè)溫范圍廣，精度高，且材料易提純，復(fù)現(xiàn)性好；物理、化學(xué)性質(zhì)都很穩(wěn)定。因此主要用來(lái)作為復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的基準(zhǔn)器

當(dāng) ℃時(shí) 當(dāng) ℃時(shí)

Rt為溫度為t時(shí)的電阻值;

R0為溫度為0時(shí)的電阻值;A、B、C為常數(shù),A=3.96847X10-3℃-1；B=-5.847X10-7℃-2;C=-4.22X10-12℃-4。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回（2）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：―50～150℃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。上一頁(yè)下一頁(yè)返回銅電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系為：上一頁(yè)下一頁(yè)返回當(dāng) ℃時(shí)，Rt=R0(1+at)Rt溫度為t時(shí)的電阻值;R0為溫度0℃時(shí)的電阻值;a為溫度為0℃時(shí)的電阻溫度系數(shù)。銅熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖鉑熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回銅熱電阻2.3.2半導(dǎo)體熱敏電阻定義：熱敏電阻是一種利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化的特性制成，由金屬氧化物和化合物按不同的配方比例燒結(jié)的敏感元件。優(yōu)點(diǎn)：(1)熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬大（4～9倍）(2)電阻率大，體積小，熱慣性小，適于測(cè)量點(diǎn)、表面溫度及快速變化的溫度。(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械性能好。缺點(diǎn)：線性度較差，復(fù)現(xiàn)性和互換性較差。上一頁(yè)下一頁(yè)返回?zé)崦綦娮璺诸悾赫郎囟认禂?shù)(PTC)負(fù)溫度系數(shù)(NTC)臨界溫度系數(shù)(CTR)熱敏電阻典型特性上一頁(yè)下一頁(yè)返回PTC熱敏電阻－正溫度系數(shù)鈦酸鋇摻合稀土元素?zé)Y(jié)而成用途：彩電消磁，各種電器設(shè)備的過(guò)熱保護(hù)，發(fā)熱源的定溫控制，限流元件。

CTR熱敏電阻－負(fù)溫度系數(shù) 以三氧化二釩與鋇、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱還原氣氛中混合燒結(jié)而成用途：溫度開(kāi)關(guān)。

NTC熱敏電阻－很高的負(fù)電阻溫度系數(shù)

主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等過(guò)渡金屬氧化物混合燒結(jié)而成應(yīng)用：點(diǎn)溫、表面溫度、溫差、溫場(chǎng)等測(cè)量自動(dòng)控制及電子線路的熱補(bǔ)償線路上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.熱敏電阻的主要特性

⑴溫度特性⑵伏安特性上一頁(yè)下一頁(yè)返回⑴溫度特性NTC型熱敏電阻，在較小的溫度范圍內(nèi)，電阻-溫度特性式中RT,R0——熱敏電阻在絕對(duì)溫度T，T0時(shí)的阻值()；T0,T——介質(zhì)的起始溫度和變化溫度（K）；t0,t——介質(zhì)的起始溫度和變化溫度（℃）；B——熱敏電阻材料常數(shù)，一般為2000～6000K，其大小取決于熱敏電阻的材料。上一頁(yè)下一頁(yè)返回若已知兩個(gè)電阻值以及相應(yīng)的溫度值，就可求得B值。一般取20℃和100℃時(shí)的電阻R20和R100計(jì)算B值，即將T=373K，T0=293K代入上式，則將B值及R0=R20代入式就確定了熱敏電阻的溫度特性:上一頁(yè)下一頁(yè)返回

B和α值是表征熱敏電阻材料性能的兩個(gè)重要參數(shù)，熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)比金屬絲的高很多，所以它的靈敏度很高。熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)熱敏電阻在其本身溫度變化1℃時(shí)，電阻值的相對(duì)變化量上一頁(yè)下一頁(yè)返回⑵伏安特性在穩(wěn)態(tài)情況下，通過(guò)熱敏電阻的電流I與其兩端的電壓U之間的關(guān)系，上一頁(yè)下一頁(yè)返回伏安特性當(dāng)流過(guò)熱敏電阻的電流很小時(shí):不足以使之加熱。電阻值只決定于環(huán)境溫度，伏安特性是直線，遵循歐姆定律。主要用來(lái)測(cè)溫。當(dāng)電流增大到一定值時(shí)：流過(guò)熱敏電阻的電流使之加熱，本身溫度升高，出現(xiàn)負(fù)阻特性。因電阻減小，即使電流增大，端電壓反而下降。其所能升高的溫度與環(huán)境條件(周圍介質(zhì)溫度及散熱條件)有關(guān)。當(dāng)電流和周圍介質(zhì)溫度一定時(shí)，熱敏電阻的電阻值取決于介質(zhì)的流速、流量、密度等散熱條件?？捎盟鼇?lái)測(cè)量流體速度和介質(zhì)密度。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.熱敏電阻的結(jié)構(gòu)構(gòu)成：熱敏探頭、引線、殼體二端和三端器件：為直熱式，即熱敏電阻直接由連接的電路獲得功率；四端器件：旁熱式上一頁(yè)下一頁(yè)返回?zé)崦綦娮璧慕Y(jié)構(gòu)形式上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.熱敏電阻的主要參數(shù)⑴標(biāo)稱電阻值RH

在環(huán)境溫度為25±0.2℃時(shí)測(cè)得的電阻值，又稱冷電阻。其大小取決于熱敏電阻的材料和幾何尺寸。⑵耗散系數(shù)H指熱敏電阻的溫度與周圍介質(zhì)的溫度相差1℃時(shí)熱敏電阻所耗散的功率，單位為mW/℃；⑶熱容量C熱敏電阻的溫度變化1℃所需吸收或釋放的熱量，單位為J／℃；上一頁(yè)下一頁(yè)返回⑷能量靈敏度G（W）使熱敏電阻的阻值變化1％所需耗散的功率。⑸

時(shí)間常數(shù)τ溫度為T0的熱敏電阻突然置于溫度為T的介質(zhì)中，熱敏電阻的溫度增量ΔT=0.63(T－T0)時(shí)所需的時(shí)間。⑹額定功率PE在標(biāo)準(zhǔn)壓力（750mmHg）和規(guī)定的最高環(huán)境溫度下，熱敏電阻長(zhǎng)期連續(xù)使用所允許的耗散功率，單位為W。在實(shí)際使用時(shí)，熱敏電阻所消耗的功率不得超過(guò)額定功率上一頁(yè)下一頁(yè)返回4.熱敏電阻的線性化上一頁(yè)下一頁(yè)返回串聯(lián)在熱敏電阻中的R的最佳值2.3.3熱電阻式傳感器的應(yīng)用1、金屬熱電阻傳感器

－200～+500℃范圍的溫度測(cè)量特點(diǎn)：精度高、適于測(cè)低溫。2、半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器

應(yīng)用范圍很廣，可在宇宙航船、醫(yī)學(xué)、工業(yè)及家用電器等方面用作測(cè)溫、控溫、溫度補(bǔ)償、流速測(cè)量、液面指示等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1、金屬熱電阻傳感器工業(yè)廣泛使用，－200～+500℃范圍溫度測(cè)量。在特殊情況下，測(cè)量的低溫端可達(dá)3.4K，甚至更低，1K左右。高溫端可測(cè)到1000℃。溫度測(cè)量的特點(diǎn)：精度高、適于測(cè)低溫。傳感器的測(cè)量電路：經(jīng)常使用電橋精度較高的是自動(dòng)電橋。為消除由于連接導(dǎo)線電阻隨環(huán)境溫度變化而造成的測(cè)量誤差，常采用三線制和四線制連接法。上一頁(yè)下一頁(yè)返回三線制熱電阻測(cè)溫電橋的三線制接法工業(yè)用熱電阻一般采用三線制G——檢流計(jì)，R1，R2，R3——固定電阻，Ra——零位調(diào)節(jié)電阻，Rt——熱電阻上一頁(yè)下一頁(yè)返回四線制接法熱電阻測(cè)溫電橋的四線制接法精密測(cè)量中，采用四線制接法上一頁(yè)下一頁(yè)返回2、半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器⑴溫度測(cè)量⑵流量測(cè)量⑶溫度補(bǔ)償⑷溫度控制上一頁(yè)下一頁(yè)返回⑴溫度測(cè)量上一頁(yè)下一頁(yè)返