传感器4_7章热电式传感器1

传感器技术及应用机械09,20112012第二学期2011年3月,第7章热电式传感器-1,工作原理：利用转换元件电磁参量随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测。热电阻：将温度变化转化为电阻变化热电偶：将温度变化转化为热电势变化产品型号：WZ温度传感器，热电阻式、材料代号WR温度传感器，热电偶式、材料代号,7.1热电阻传感器,定义：热电阻是利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。分类：金属热电阻式热电阻半导体热电阻式热敏电阻温度特性：金属热电阻一般为正的：+(0.40.6）/。半导体热敏电阻有两种：NTC、PTC。灵敏度特点：半导体热敏电阻的灵敏度高、非线性,7.1.1金属热电阻,一、工作原理1、常用类型：铂电阻PtWZP铜电阻CuWZC2、阻值温度关系函数：RtR0（1At）增量式：RtR0AtR0At其中：铂A3.9210-3/铜A4.2510-3/,铂热电阻的特点,精度高，稳定性好，性能可靠，尤其是耐氧化性能很强。良好的工艺性，可制成很细的铂丝(0.02mm或更细)或极薄的铂箔。有较高的电阻率，是一种较好的热电阻材料。缺点：温度系数比较小；价格贵,3、热电阻分度表,二、主要技术指标,热电阻的分度号0时的电阻值R0，例：Pt50、Pt100、Pt500、Pt1000、Cu50、Cu100，Cu500、Cu1000比值W100R100/R0（=1.3850）温度系数TCR=（R100-R0）/R0100例：Pt100查分度表：R0100，R100138.5，则：R100/R0=1.3850TCR=（R100R0）/R01000.003850,主要技术指标2,测量精度及允许偏差例：Pt100A级(0.15+0.002t)B级(0.30+0.005t)热响应时间：温度出现阶跃变化时，热电阻的输出变化至相当于该阶跃变化的50%，所需要的时间称为热响应时间，用T05表示。,三、热电阻传感器的结构,热电阻元件经历了三个发展阶段，即绕线式、厚膜铂电阻、薄膜铂电阻装配式热电阻由热电阻元件配上金属保护管和安装固定装置（如各种螺纹接头，法兰盘等），构成。铠装式热电阻比装配式热电阻直径小、易弯曲、适宜安装在装配式无法安装的场合,绕线式,会员价/VIP价：30核心元件：德国进口精密铂电阻（PT100PT1000）,元件精度：A级：（0.150.002|t|)B级:(0.300.005|t|)封装材料：镀镍铜管或不锈钢管管料尺寸：4*25mm连接线：PVC包胶电缆线（可选择耐高温型的）,可直接用于从-200420范围内的液体、气体、蒸汽等各种流体及汽轮机、压缩机、鼓风机、柴油机、电机、液力偶合器等大型机械设备轴承表面温度的测量。,铂电阻芯WZP-PT100,通常和显示仪表，记录仪表，电子调节器，计算机控制系统等配套使用，,PT100铂电阻,薄膜铂电阻元件,测温范围-200850；外形尺寸细小,抗震性强,长期稳定性好,热响应时间短,热容量低,复现较好。,探头式热电阻,压簧式金属线热电阻,铠装铂热电阻,工业热电阻传感器,RS-3011-xyD1-0.2/Pt100(-20200)热电阻隔离变送器,x输出代码：1-420mA2-020mA3-05V4-010Vy辅助电源代码2-+12VDC3-+15VDC4-+24VDC,一体化温度变送器,由测温探头、温度转换模块、保护外壳三部分组成。测温探头采用高阻型Pt1000铂电阻，通过内部转换模块的稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及电源反接保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的电信号输出,配合仪表或PLC组成计算机集散测控系统。,一体化温度变送器,热电阻的安装,四.热电阻测量电路,原理：通过测量电阻来测量温度。测量方法：用欧姆表或电桥。,平衡电桥法,五、热电阻测量中的误差,1、引线电阻误差导线阻值变动r将直接引起测量误差输出解决途径：一般采用三线或四线制接线方式。采用热电阻专用延长线,1)三线制,铂电阻通过电阻分别为r2、r3、Rg的三根导线和电桥连接，当温度变化时，只要它们的长度和电阻温度系数相同，它们的电阻变化就不会影响电桥的状态，即不产生温度误差。,R1、R2、R3为固定电阻，R0为零位调节电阻。,2)四线制,3）热电阻专用延长线,名称：热电阻、铂电阻、铜电阻延长线品牌：台湾/德国.芯线数目：1/2/3/4/6最高温度：500.线芯材质：铜镍合金/铜度镍/铜型号：CN-*系列线芯直径：0.82mm/1.2/1.5/1.25/3.6/3.9/4.2/6.0金属屏蔽层：分为无/有(不锈铜,铜镍银,铜镀锡).绝缘材料：铁氟龙/高温玻璃维纤/PVC等.,2、自热误差,产生原因：为提高输出信号增大电流，流过电阻体的电流，带来自热误差也增大。限制措施：一般工业热电阻工作电流被限制5mA以内，则自热温差0.1。,7.1.2热敏电阻,一、热敏电阻概述热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的。在温度传感器中,热敏电阻发展最为迅速，由于其性能得到不断改进，稳定性已大为提高，在许多场合下（40350）热敏电阻已逐渐取代传统的温度传感器。,（一）热敏电阻的特点,（1）灵敏度高，约为热电阻的10倍。（2）体积小，能测量点温度。（3）热惯性小，适宜动态测量。（4）无需冷端补偿以及引线方式的考虑，易于维护和进行远距离控制。（5）制造简单，使用寿命长。不足之处：输入输出特性呈非线性关系，且稳定性以及互换性差。,（二）热敏电阻的分类,1正温度系数热敏电阻器（PTC）PositiveTemperatureCoefficient电阻值随温度升高而增大的电阻器，简称PTC热敏阻器。2负温度系数热敏电阻器（NTC）NegativeTemperatureCoefficient电阻值随温度升高而下降的热敏电阻器简称NTC热敏电阻器。,（三）热敏电阻的基本参数,1）零功率电阻值Rt在规定的温度t下，采用引起电阻变化相对于总的测量误差来说可以忽略不计的测量功率测得的电阻值。2）标称电阻R25（冷阻）指25oC时测得的零功率电阻值，它是热敏电阻器的设计电阻值，也是标称电阻值。,例：某NTC热敏电阻,其额定功率为1W。标称电阻值Rt为1k，多用的500型万用表R1k挡,其测量电流Im150uA，测量功率：P=R*I2103（150106）222.5*10-6W=0.0225mW不会因测量电流热效应引起测量误差。,二、负电阻温度系数NTC热敏电阻,NTC的电阻温度曲线近似函数关系：Rt=R0expB*(1/T-1/T0)Rt绝对温度T(K)下的零功率电阻值T(K)=t()+273.15R0绝对温度T0(K)下的零功率电阻值B材料常数B值,理论上，热敏电阻在不同组成成分下具有与之相应的恒定的B值，,产品：温度测量、控制用NTC热敏电阻器,环氧封装系列NTC热敏电阻玻璃封装系列NTC热敏电阻,应用1：非线性热敏电阻用于温度测量,1)精确选择热敏电阻TH与电阻Rp并联,在（T2,T3）区域有很好阻-温线性特性曲线B可获得约2540度线性温度测量范围,2）可有100度测量范围的热敏电阻网络,精确配比4个元件：电阻R1、R2，热敏电阻TH1、TH2，组成热敏电阻网络可获得100度线性测量范围厂家产品目录提供若干标准型。,应用举例2：线圈的温升电阻补偿,NTC热敏电阻其0oC时的阻值是50oC时的9倍，铜在50oC时的阻值仅为0oC时的1.21倍。继电器、磁放大器和各类电磁仪表的线圈一般都是用铜线绕成，若温度增加50oC，线圈电阻将增加21%，使仪表读数产生误差。利用NTC热敏电阻可以对铜线圈的正温度系数进行补偿。,补偿电路,RT热敏电阻r电阻温度系数近于零的锰铜分路电阻RL被补偿的电阻铜线圈RB补偿器电阻TA到TB是最佳补偿范围,三、正电阻温度系数（PTC）热敏电阻器,超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。,1、电阻温度特性,2、电流-时间特性（I-t特性）,热敏电阻动作过程中电路中电流的变化,典型动作保护时间曲线图,故障电流A,应用1：过热保护电路,应用于开关电源，电器设备(电机、变压器)，功率器件(晶体管)。特点是体积小，反应时间快，安装方便。,应用2：节能灯预热软启动,刚接通开关时，Rt（PTC）处于常温态，阻值远远低于C2阻值，电流通过Rt和C1形成回路预热灯丝，约0.41.0S后，Rt自热温升跃入高阻态，,电流通过C1、C2形成回路导致LC谐振，产生高压点亮灯管。,应用3：自恢复保险丝,高分子PTCPPTC,PPTC是由经过特殊处理的聚合树脂(Polymer)及分布在里面的导电粒子(CarbonBlack)组成。,自复保险