熱電阻溫傳感器

復習第2章主要內(nèi)容力的測量原理電容傳感器的工作原理及分類——力的靜力效應與力的動力效應彈性敏感元件作用——把力或壓力轉(zhuǎn)換成了應變或位移壓力轉(zhuǎn)換為應變或位移的變換壓力的彈性敏感元件彈性敏感元件分類力轉(zhuǎn)換為應變或位移的變換力的彈性敏感元件電阻應變片工作原理——應變效應電阻應變片的測量電路

——單臂電橋、差動雙臂電橋（半橋）、差動全橋壓電式傳感器的工作原理——壓電效應電感傳感器的基本原理——電磁感應原理——自感式、互感式和電渦流式

電感傳感器的分類壓阻式傳感器的工作原理——壓阻效應4/21/20231現(xiàn)在是1頁\一共有55頁\編輯于星期三第3章溫度傳感器主講：電子工程學院張玉蓮4/21/20232現(xiàn)在是2頁\一共有55頁\編輯于星期三3.1溫標及溫度的測量方法3.2膨脹式溫度計3.3電阻式溫度傳感器3.4熱電偶溫度傳感器3.5集成溫度傳感器3.6輻射式溫度傳感器主要內(nèi)容4/21/20233現(xiàn)在是3頁\一共有55頁\編輯于星期三3.1溫標及溫度的測量方法3.2膨脹式溫度計主講：電子工程學院張玉蓮4/21/20234現(xiàn)在是4頁\一共有55頁\編輯于星期三掌握溫度的概念熟悉溫標的概念，常用溫標的種類掌握溫度的測量方法及特點熟悉膨脹式溫度計的種類掌握各種膨脹式溫度計的工作原理了解膨脹式溫度計測溫范圍學習目的4/21/20235現(xiàn)在是5頁\一共有55頁\編輯于星期三3.1溫標及溫度的測量方法溫度——表征物體冷熱程度的物理量，是物體內(nèi)部分子無規(guī)則劇烈運動程度的標志,分子運動越劇烈，溫度就越高。資料4/21/20236現(xiàn)在是6頁\一共有55頁\編輯于星期三3.1.1溫標用來量度物體溫度數(shù)值的標尺叫溫標。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點（零點）和測量溫度的基本單位。三種溫標的換算關(guān)系為熱力學溫標（K）——規(guī)定分子運動停止時的溫度為絕對零度（0K），符號為T。熱力學溫標的零點—絕對零度，是宇宙低溫的極限，宇宙間一切物體的溫度可以無限地接近絕對零度但不能達到絕對零度（如宇宙空間的溫度為0.2K）攝氏溫標(℃)——在標準大氣壓下，冰的熔點為0度，水的沸點為100度，中間劃分100等分，每等分為攝氏1度，符號為t華氏溫標（℉）——在標準大氣壓下，冰的熔點為32度，水的沸點為212度，中間劃分180等分，每等分為華氏1度，符號為F溫標4/21/20237現(xiàn)在是7頁\一共有55頁\編輯于星期三幾種溫標比較4/21/20238現(xiàn)在是8頁\一共有55頁\編輯于星期三3.1.2溫度的測量方法溫度不能直接測量，需要借助于某種物體的物理參數(shù)隨溫度冷熱不同而明顯變化的特性進行間接測量。溫度傳感器就是通過測量某些物理量參數(shù)隨溫度的變化而間接測量溫度的。溫度傳感器是由溫度敏感元件（感溫元件）和轉(zhuǎn)換電路組成的，如圖3-1所示。溫度感溫元件轉(zhuǎn)換電路溫度顯示圖3-1溫度傳感器的組成框圖4/21/20239現(xiàn)在是9頁\一共有55頁\編輯于星期三溫度的測量方法接觸式——感溫元件與被測對象接觸，彼此進行熱量交換，使感溫元件與被測對象處于同一環(huán)境溫度下，感溫元件感受到的冷熱變化即是被測對象的溫度。常用的接觸式測溫的溫度傳感器主要有熱膨脹式溫度傳感器、熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導體溫度傳感器等

非接觸式——利用物體表面的熱輻射強度與溫度的關(guān)系來測量溫度的。通過測量一定距離處被測物體發(fā)出的熱輻射強度來確定被測物的溫度。常見的非接觸式測溫傳感器有：輻射高溫計、光學高溫計、比色高溫計、熱紅外輻射溫度傳感器等。4/21/202310現(xiàn)在是10頁\一共有55頁\編輯于星期三接觸測量4/21/202311現(xiàn)在是11頁\一共有55頁\編輯于星期三非接觸測量紅外線測溫4/21/202312現(xiàn)在是12頁\一共有55頁\編輯于星期三3.2膨脹式溫度計工作原理——利用物體受熱體積膨脹的原理而制成的，多用于現(xiàn)場測量及顯示。分類——按選用的物質(zhì)不同，可分為液體膨脹式溫度計、固體膨脹式溫度計、氣體膨脹式溫度計3種類型。測溫范圍——膨脹式溫度計可以測量-200～700℃范圍的溫度。在機械熱處理測溫中，常用于測量堿槽、油槽、法蘭槽、淬火槽及低溫干燥箱的溫度，也廣泛用于測量設備、管道和容器的溫度。特點——這種溫度計結(jié)構(gòu)簡單，制造和使用方便，價格低，但外殼薄脆、易損壞，大部分不適于遠距離測溫，必須接觸測量。4/21/202313現(xiàn)在是13頁\一共有55頁\編輯于星期三3.2.1玻璃液體溫度計將酒精、水銀、煤油等液體充入到透明有刻度的玻璃吸管中，兩端密封，就制成玻璃液體溫度計。它是利用玻璃感溫泡內(nèi)的液體受熱體積膨脹與玻璃體積膨脹之差來測量溫度的。

酒精溫度計——量度范圍約為-114℃～78℃水銀溫度計——大多用于液體、氣體及粉狀固體溫度的測量，測溫范圍為-30℃～+300℃玻璃液體溫度計煤油溫度計——量度范圍約為-30℃～150℃。平常看到裝有紅色工作物質(zhì)的溫度計，溫度計的刻度在100℃以下，一般都是煤油溫度計，而不是酒精溫度計。4/21/202314現(xiàn)在是14頁\一共有55頁\編輯于星期三3.2.2固體膨脹式溫度計工作原理——利用膨脹系數(shù)不同的兩種金屬材料牢固地粘貼在一起制成的。典型的固體膨脹式溫度計是雙金屬溫度傳感器，如圖3-3所示。圖3-3雙金屬片工作原理圖3-4雙金屬溫度計雙金屬溫度計測溫范圍為-100℃～+600℃，探頭長度可以達到1米長，可用于測量液體、蒸汽及氣體介質(zhì)溫度。特點：現(xiàn)場顯示溫度，直觀方便，抗震性能好，結(jié)構(gòu)簡單，牢固可靠，使用壽命長，但精度不高。4/21/202315現(xiàn)在是15頁\一共有55頁\編輯于星期三雙金屬溫度計的結(jié)構(gòu)圖3-5帶表頭的雙金屬溫度計的結(jié)構(gòu)可以做成軸向型、徑向型、135o型及萬向型。連接方式有：可動外螺紋、可動內(nèi)螺紋、固定螺紋、固定法蘭、卡套螺紋、卡套法蘭、無固定安裝等連接4/21/202316現(xiàn)在是16頁\一共有55頁\編輯于星期三雙金屬溫度計的結(jié)構(gòu)

圖3-5b）其他雙金屬系列工業(yè)恒溫器手動復位雙金屬雙金屬基本系列高溫雙金屬4/21/202317現(xiàn)在是17頁\一共有55頁\編輯于星期三雙金屬溫度傳感器常用于恒溫箱、加熱爐、電飯鍋（電飯煲）、電熨斗等溫度控制圖3-6雙金屬溫度傳感器用于控制溫度示意圖4/21/202318現(xiàn)在是18頁\一共有55頁\編輯于星期三220v內(nèi)鍋加熱盤磁鋼盒微動開關(guān)溫度到達105度時磁鋼杠桿煮飯按鈕圖中的感溫磁鋼是用感溫磁性材料制成的溫控元件，它的磁導率隨本身溫度的變化而呈非線形變化。在鍋內(nèi)溫度小于100℃時，感溫磁鋼具有磁性，而與永久磁鐵吸合，電流通過加熱器加熱。當鍋內(nèi)溫度超過感溫磁鋼的居里點(103±2℃)時，感溫磁鋼失去磁性，結(jié)果因永磁體的重力及彈簧的作用力下，導致開關(guān)觸點分離，電路斷開，加熱器停止加熱，指示燈熄滅，表明鍋內(nèi)米飯已煮熟。圖3-7雙金屬控制電飯鍋溫度4/21/202319現(xiàn)在是19頁\一共有55頁\編輯于星期三隨著飯溫的下降，當?shù)陀?5℃時，雙金屬恒溫器的常閉觸點自動復位閉合，于是加熱器又通電工作，鍋內(nèi)的飯又開始升溫；但當高于65℃時，該觸點又斷開。如此循環(huán)，就使鍋內(nèi)的米飯溫度始終保持在65℃上下。圖3-7雙金屬控制電飯鍋溫度4/21/202320現(xiàn)在是20頁\一共有55頁\編輯于星期三3.2.3氣體膨脹式溫度計圖3-8氣體膨脹式溫度計氣體膨脹式溫度計是基于密封在容器中的氣體和液體受熱后體積膨脹，壓力隨溫度變化而變化的原理測溫的，所以該溫度計又稱為壓力式溫度計。當溫包受熱后，其內(nèi)部的工作介質(zhì)溫度升高，體積膨脹，壓力增大，此壓力經(jīng)毛細管傳到彈簧管內(nèi)，使彈簧管產(chǎn)生變形，并由傳動機構(gòu)帶動指針偏轉(zhuǎn)，指示相應的溫度值。4/21/202321現(xiàn)在是21頁\一共有55頁\編輯于星期三氣體膨脹式溫度計根據(jù)填充物的不同（氮氣、氯甲烷、水銀），可分為氣體壓力式溫度計、蒸汽壓力式溫度計和液體壓力式溫度計。測溫范圍為-100℃～+700℃。主要用于遠距離設備的氣體、液體、蒸汽的溫度測量，也能用于溫度控制和有爆炸危險場所的溫度測量。4/21/202322現(xiàn)在是22頁\一共有55頁\編輯于星期三體積熱膨脹式溫度傳感器4/21/202323現(xiàn)在是23頁\一共有55頁\編輯于星期三3.3電阻式溫度傳感器4/21/202324現(xiàn)在是24頁\一共有55頁\編輯于星期三掌握電阻式溫度傳感器工作原理熟悉電阻式溫度傳感器的種類掌握鉑、銅金屬熱電阻傳感器的電阻溫度特性熟悉熱電阻傳感器的測量電路掌握半導體熱敏電阻的分類及應用學習要點4/21/202325現(xiàn)在是25頁\一共有55頁\編輯于星期三電阻式溫度傳感器是利用導體或半導體材料的電阻值隨溫度變化而變化的原理來測量溫度的，即材料的電阻率隨溫度的變化而變化，這種現(xiàn)象稱為熱電阻效應。當溫度升高時，雖然自由電子數(shù)目基本不變（當溫度變化范圍不是很大時），但每個自由電子的動能將增加，因而在一定的電場作用下，要使這些雜亂無章的電子作定向運動就會遇到更大的阻力，導致金屬電阻值隨溫度的升高而增加。3.3電阻式溫度傳感器4/21/202326現(xiàn)在是26頁\一共有55頁\編輯于星期三3.3電阻式溫度傳感器由金屬導體鉑、銅、鎳等制成的測溫元件稱為金屬熱電阻傳感器，簡稱熱電阻傳感器由半導體材料制成的測溫元件稱為熱敏電阻分類4/21/202327現(xiàn)在是27頁\一共有55頁\編輯于星期三3.3.1金屬熱電阻傳感器工作原理——利用金屬導體的電阻值隨溫度的變化而變化的原理進行測溫的。圖3-9金屬熱電阻傳感器測量示意圖主要材料——鉑和銅。測溫范圍——-220850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測量至1K（-272℃），高溫可測量至1000℃。4/21/202328現(xiàn)在是28頁\一共有55頁\編輯于星期三1.

鉑熱電阻的電阻-溫度特性鉑電阻的特點是測溫精度高，穩(wěn)定性好，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應用。鉑電阻的測量范圍為-200～850℃。在-200～0℃的溫度范圍內(nèi)為：Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3(t-100)]在0～850℃的溫度范圍內(nèi)為：Rt=R0(1+At+Bt2)式中Rt和R0分別為t℃和0℃時的鉑電阻值；A、B、和C為常數(shù)，其數(shù)值為

A=3.9684*10-3/℃B=-5.847*10-7/℃C=-4.22*10-12/℃分度號分別為Pt10、Pt50、Pt100，其中Pt100最常用。鉑熱電阻不同分度號對應有相應分度表，即Rt–t的關(guān)系4/21/202329現(xiàn)在是29頁\一共有55頁\編輯于星期三4/21/202330現(xiàn)在是30頁\一共有55頁\編輯于星期三2.

銅熱電阻的電阻-溫度特性由于鉑是貴金屬，在測量精度要求不高，溫度范圍在-50150℃時普遍采用銅電阻。銅電阻與溫度間的關(guān)系為：Rt=R0(1+a1t+a2t2+a3t3)由于a2,a3比a1小得多，所以可以簡化為：Rt≈R0(1+a1t)式中，Rt是溫度為t℃時銅電阻值；R0是溫度為0℃時銅電阻值；a1是常數(shù)；a1=4.28*10-3℃-1銅電阻的R0常取100Ω、50Ω兩種，分度號為Cu100、Cu50。4/21/202331現(xiàn)在是31頁\一共有55頁\編輯于星期三4/21/202332現(xiàn)在是32頁\一共有55頁\編輯于星期三銅熱電阻的電阻-特點特點：銅易于提純，價格低廉，電阻--溫度特性線性較好。但電阻率僅為鉑的幾分之一。因此，銅電阻所用阻絲細而且長，機械強度較差，熱慣性較大，在溫度高于100℃以上或腐蝕性介質(zhì)中使用時，易氧化，穩(wěn)定性較差。因此，只能用于低溫及無腐蝕性的介質(zhì)中。4/21/202333現(xiàn)在是33頁\一共有55頁\編輯于星期三3.熱電阻傳感器的結(jié)構(gòu)電阻體由電阻絲和電阻支架組成。由于鉑的電阻率大，而且相對機械強度較大，通常鉑絲直徑在0.03～（0.07mm±0.005）mm之間，可單層繞制，電阻體可做得很小。由于銅電阻測量的溫度低，一般多用雙繞法，即先將銅絲對折，兩根絲平行繞制，兩個端頭處于支架的同一端，這樣工作電流從一根熱電阻絲進入，從另一根絲反向出來，形成兩個電流方向相反的線圈，其磁場方向相反，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。4/21/202334現(xiàn)在是34頁\一共有55頁\編輯于星期三活動卡套探桿式熱電阻溫度傳感器普通鉑電阻傳感器端面熱電阻元件由特殊處理的絲材繞制，能更正確和迅速地反映被測端面的實際溫度，適用于測量軸瓦或其他機件的端面溫度

Pt100/Pt10004/21/202335現(xiàn)在是35頁\一共有55頁\編輯于星期三冰箱冰柜用低溫型鉑電阻溫度傳感器中央空調(diào)機組供熱/制冷管道測溫和控制，冰箱冰柜、軸瓦、缸體，油管，水管，汽管，紡機，平面設備，空調(diào)，熱水器，體溫計等狹小空間工業(yè)設備測溫和控制，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫控制，大氣環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)過程控制、測量儀表等。點鈔機用高精度微型鉑電阻傳感器適合土壤探測、醫(yī)療實驗、物料倉儲、食品加工、冷庫冷藏等需要深入刺進物體、食品、水果包裝內(nèi)部測量溫度的現(xiàn)場和環(huán)境食品用探針型高溫鉑電阻傳感器4/21/202336現(xiàn)在是36頁\一共有55頁\編輯于星期三

a)鉑電阻元件-陶瓷型b)鉑電阻元件-薄膜型c)薄膜型溫度探測器（不干膠板）d)帶柔性引線的鉑電阻溫度探測器圖3-10常見鉑熱電阻傳感器元件及外形結(jié)構(gòu)4/21/202337現(xiàn)在是37頁\一共有55頁\編輯于星期三

圖3-10常見鉑熱電阻傳感器元件及外形結(jié)構(gòu)e)鎧裝鉑電阻電阻溫度探測器f)外用/冷藏溫度傳感器器4/21/202338現(xiàn)在是38頁\一共有55頁\編輯于星期三4.熱電阻傳感器的測量電路熱電阻傳感器外接引線如果較長時，引線電阻的變化使測量結(jié)果有較大誤差，為減小誤差，可采用三線制電橋連接法測量電路或四線恒流源測量電路。圖3-12兩線制測量圖3-13三線制電橋測量電路圖3-14四線制恒流源測量電路當測量電阻數(shù)值很小時，測試線的電阻可能引入明顯誤差，四線測量用兩條附加測試線提供恒定電流，另兩條測試線測量未知電阻的電壓降，在電壓表輸入阻抗足夠高的條件下，電流幾乎不流過電壓表，這樣就可以精確測量未知電阻上的壓降，計算得出電阻值。4/21/202339現(xiàn)在是39頁\一共有55頁\編輯于星期三圖3-15熱電阻引線方式無論三線制或四線制測量電路，都必須從熱電阻感溫體的根部引出導線，不能從熱電阻的接線端子上分出，如圖3-15所示。否則同樣會存在引線誤差！4/21/202340現(xiàn)在是40頁\一共有55頁\編輯于星期三3.3.2半導體熱敏電阻半導體熱敏電阻簡稱熱敏電阻，是一種新型的半導體測溫元件，熱敏電阻是利用某些金屬氧化物或單晶鍺、硅等材料，按特定工藝制成的感溫元件。

熱敏電阻分類正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻;負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻;臨界溫度電阻器（CTR）(在某一特定溫度下電阻值會發(fā)生突變)圖3-16各種熱敏電阻的特性曲線1—突變型NTC2—負溫度NTC3—線形型PTC4—突變型PTC溫度的測量溫控開關(guān)電路熱敏電阻在電路中的符號：4/21/202341現(xiàn)在是41頁\一共有55頁\編輯于星期三熱敏電阻結(jié)構(gòu)MF12型NTC熱敏電阻聚酯塑料封裝熱敏電阻4/21/202342現(xiàn)在是42頁\一共有55頁\編輯于星期三玻璃封裝NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻熱敏電阻結(jié)構(gòu)4/21/202343現(xiàn)在是43頁\一共有55頁\編輯于星期三熱敏電阻結(jié)構(gòu)資料4/21/202344現(xiàn)在是44頁\一共有55頁\編輯于星期三資料4/21/202345現(xiàn)在是45頁\一共有55頁\編輯于星期三4.熱敏電阻的應用用于測量溫度的熱敏電阻結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。沒有外保護層的熱敏電阻只能用于干燥的環(huán)境中，在潮濕、腐蝕性等惡劣環(huán)境下只能用密封的熱敏電阻。如圖3-18為熱敏電阻測量溫度的電路圖。測量時先對儀表進行標定。將絕緣的熱敏電阻放入32℃（表頭的零位）的溫水中，待熱量平衡后，調(diào)節(jié)RP1，使指針在32℃上，再加熱水，用更高一級的溫度計監(jiān)測水溫，使其上升到45℃。待熱量平衡后，調(diào)節(jié)RP2，使指針指在45℃上。再加入冷水，逐漸降溫，反復檢查32～45℃范圍內(nèi)刻度的準確性。圖3-18熱敏電阻體溫表原理圖案例1：熱敏電阻測溫4/21/202346現(xiàn)在是46頁\一共有55頁\編輯于星期三開機檢測關(guān)機檢測基準電壓圖3-19負溫度系數(shù)熱敏電阻在電冰箱溫度控制中的應用案例2：電冰箱溫度控制t升高Rt減小Ui2升高U7＞U8輸出高電平輸出低電平U4＞U5輸出高電平導通導通吸合工作4/21/202347現(xiàn)在是47頁\一共有55頁\編輯于星期三圖3-19負溫度系數(shù)熱敏電阻在電冰箱溫度控制中的應用案例2：電冰箱溫度控制t下降Rt增大Ui2減小U8＞U7輸出低電平輸出高電平U5＞U4輸出低電平截止截止斷開停止工作4/21/202348現(xiàn)在是48頁\一共有55頁\編輯于星期三案例4：熱敏電阻用于液位報警圖3-20所示為具有音樂報警的液位報警器，適用于電池電壓為6V的摩托車。圖中，G為KD930O型音樂信號集成塊；A為TWH8778型功率放大集成塊，在本電路中用作脈沖放大器；Rt1和Rt2構(gòu)成旁熱式PTC熱敏電阻液位傳感器。其中，Rt1為旁熱元件，常溫阻值12,居里溫度（電阻值開始陡峭地增高時的溫度）Tc=40℃;Rt2為常溫阻值100士50，Tc≤30℃，熱態(tài)阻