热电阻温度传感器

1、1传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术第第3讲温标及测温方法讲温标及测温方法热电阻式温度传感器热电阻式温度传感器主讲：李燕TEL655016QQ： 228055712传感器与检测技术传感器与检测技术大纲知识点大纲知识点温标及测温方法电阻式温度传感器3传感器与检测技术传感器与检测技术本节学习目标本节学习目标掌握温标及测温方法掌握温标及测温方法掌握电阻式温度传感器掌握电阻式温度传感器的工作原理及使用方法。的工作原理及使用方法。4传感器与检测技术传感器与检测技术本节重点难点本节重点难点难点：电阻式温度传感器的工作难点：电阻式温度传感器的工作原理及

2、使用方法原理及使用方法重点：电阻式温度传感器的工重点：电阻式温度传感器的工作原理及使用方法作原理及使用方法5传感器与检测技术传感器与检测技术第第2章章 温度检测温度检测 温度是表征物体或系统冷热程温度是表征物体或系统冷热程度的物理量。温度单位是国际单位度的物理量。温度单位是国际单位制中七个基本单位之一。制中七个基本单位之一。 本章在简单介绍本章在简单介绍温标及测温方温标及测温方法法的基础上，介绍膨胀式温度计、的基础上，介绍膨胀式温度计、电阻式温度传感器电阻式温度传感器、薄膜热传感器、薄膜热传感器、热电偶传感器热电偶传感器、辐射式温度传感器、辐射式温度传感器、光纤温度传感器、光纤温度传感器、集成

3、温度传感器集成温度传感器等的原理与应用。等的原理与应用。温度变送器温度变送器?6传感器与检测技术传感器与检测技术2.1 温标及测温方法温标及测温方法 2.1.1 温标温标 常用温标常用温标: : 国际温标国际温标 摄氏温标摄氏温标 华氏温标华氏温标常用温标换算：常用温标换算：32)59C(F)32F(95C15.273CK7传感器与检测技术传感器与检测技术2.1 温标及测温方法温标及测温方法2.1.2 温度检测方法分类及其特点温度检测方法分类及其特点 温度检测方法可分为温度检测方法可分为接触式接触式测温和测温和非接触式非接触式测温两大测温两大类。类。 热传导热传导 热辐射、热对流热辐射、热对流

4、 常用测温方法及其特点？（表常用测温方法及其特点？（表2.1.1）8传感器与检测技术传感器与检测技术9传感器与检测技术传感器与检测技术2.2.1金属热电阻热电阻金属热电阻热电阻热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒作为热电阻的材料要求：1.电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度；2.电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸；3.热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；4.在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；5.电阻与温度的关系最好接近于线性；6.应有良好的可加工性，且价格便宜。使用最广泛的热电阻材料是铂和铜10传感器与检测技术传感器与检测技术1. 常用热电阻 铂热电阻主要作为标准电阻温度计，广

5、泛应用于温度基准、标准的传递。 铜热电阻测量精度要求不高且温度较低的场合，测量范围一般为50150。 11传感器与检测技术传感器与检测技术其中，Rt：温度为 t 时的电阻；R0 ：温度为 0 时的电阻；A：常数， 3.908 10-3 -1 B：常数， -5.802 10-7 -2C： 常数， -4.27350 10-12 -4 铂热电阻铂热电阻 目前最好材料目前最好材料C0C190C6600)100(1 )1 (32020ttCBtAtRBtAtRRt850-20012传感器与检测技术传感器与检测技术是目前测温复现性最好的一种温度计。铂电阻的精度与铂的提纯程度有关铂电阻的精度与铂的提纯程度有

6、关 百度电阻比百度电阻比 金属导体纯度越高，电阻比越大国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，W（100）1.3925目前技术水平已达到目前技术水平已达到W（100）1.3930，工业用铂电阻的纯度工业用铂电阻的纯度W（100）为）为1.3871.390。 0100)100(RRW式中R0是0时金属导体的电阻13传感器与检测技术传感器与检测技术R0分为分为50和和100两种，分度号分别为两种，分度号分别为 Pt50 和和 Pt10014传感器与检测技术传感器与检测技术铂测温电阻传感器 铂测温电阻缺点：响应速度慢、容易破损、 难于测定狭窄位置的温度。现逐渐使用

7、能大幅度改善上述缺点的极细型铠装铂测温电阻，因而使应用领域进一步扩大。主要应用：钢铁、石油化工的各种工艺过程；纤维等工业的热处理工艺；食品工业的各种自动装置；空调、冷冻冷藏工业；宇航和航空、物化设备及恒温槽 15传感器与检测技术传感器与检测技术 铜热电阻铜热电阻应 用：测量精度要求不高且温度较低的场合测量范围：50150优 点：温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。缺 点：易于氧化，一般只用于150以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。16传感器与检测技术传感器与检测技术模型模型1：其中，其中，A

8、、B、C为常数：为常数：A = 4.28899 10-3 / B = -2.133 10-7 /2 C = 1.233 10-9 /3-50 150 精确计算时精确计算时)1 (320CtBtAtRRt17传感器与检测技术传感器与检测技术)(1000ttRRt模型模型2：10331028. 41025. 40C其中，Rt、R0 温度为 t 和 t 0时的电阻； 温度为 t 0 时的温度系数。 018传感器与检测技术传感器与检测技术几种常用金属热电阻材料参数几种常用金属热电阻材料参数材料温度系数（1/）比电阻（ mm2/m ）温度范围（）特 性铂3.9210-30.0981-200 +650 近

9、线性铜4.2510-30.0170-50 +150线性铁6.5010-30.0910-50 +150非线性铁6.6010-30.1210-50 +100非线性19传感器与检测技术传感器与检测技术3、其它热电阻、其它热电阻 低温、超低温低温、超低温材料温度范围优 点缺点铟电阻室温 4.3K4.2 15K，灵敏度是铂的10倍。材料软，重复性差。锰电阻63 2K（-271 -210 ）灵敏度高材料脆，难拉成丝。碳电阻-273 -268.5液氦温域价格低廉，对磁场不敏感。热稳定差20传感器与检测技术传感器与检测技术三、热电阻传感器的测量电路三、热电阻传感器的测量电路21传感器与检测技术传感器与检测技术

10、12abwtRRRRrr12()btwaRRRrrR电桥平衡时：若保证 Ra = Rb，则有：12()twRRrr可见 r1，r2 对测量结果的影响较大22传感器与检测技术传感器与检测技术电桥平衡时：12abwtRRrRRr12()bwatwaaRR rR rRRRR若保证 Ra = Rb，则有：12watwaR rR rRRRr1，r2 的影响有了一定的减小2、三线制、三线制123传感器与检测技术传感器与检测技术24传感器与检测技术传感器与检测技术电桥平衡时：31abtwRRRrRr13aatwbbRRRRrrRR若保证 Ra = Rb，则有：13twRRrrr1，r3 的影响减小得更小。2

11、、三线制、三线制225传感器与检测技术传感器与检测技术3.四线制接法四线制接法 热电阻测温电桥的四线制接法热电阻测温电桥的四线制接法 精密测量中，采用四线制接法精密测量中，采用四线制接法 调零的Ra电位器的接触电阻和检流计串联，这样，接触电阻的不稳定不会破坏电桥的平衡和正常工作状态。 26传感器与检测技术传感器与检测技术2.3.2 半导体热敏电阻传感器半导体热敏电阻传感器27传感器与检测技术传感器与检测技术28传感器与检测技术传感器与检测技术一、热敏电阻的结构和特点一、热敏电阻的结构和特点玻璃壳玻璃壳热敏电阻热敏电阻引线引线优 点： (1) 热敏电阻的温度系数比金属大（49倍） (2) 电阻率

12、大，体积小，热惯性小，适于测量点温、表面温度及快速变化的温度。 (3) 结构简单、机械性能好。缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。29传感器与检测技术传感器与检测技术 PTC热敏电阻正温度系数 钛酸钡掺合稀土元素烧结而成 用途：彩电消磁，各种电器设备的过热保护， 发热源的定温控制，限流元件。 CTR热敏电阻临界温度系数 以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物在弱还原气氛中混合烧结而成。在某个温度上电阻值急剧变化,具有开关特性。 用途：温度开关 热敏电阻的分类热敏电阻的分类30传感器与检测技术传感器与检测技术NTC热敏电阻很高的负电阻温度系数 主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等过渡金属

13、氧化物 混合烧结而成，改变混合物的成分和配比就可以获得测温范围、阻值及温度系数不同的NTC热敏电阻。 应用：点温、表面温度、温差、温场等测量 自动控制及电子线路的热补偿线路31传感器与检测技术传感器与检测技术二、热敏电阻的温度特性二、热敏电阻的温度特性32传感器与检测技术传感器与检测技术NTC热敏电阻热敏电阻1. 热敏电阻的主要特性2. 热敏电阻的结构3. 热敏电阻的主要参数4. 热敏电阻的线性化33传感器与检测技术传感器与检测技术 温度特性温度特性NTC型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻-温度特性温度特性 00273127310110ttBTTBTeRe

14、RR式中式中 RT , R0热敏电阻在绝对温度热敏电阻在绝对温度T，T0时的阻值时的阻值( )； T0, T 介质的起始温度和变化温度（介质的起始温度和变化温度（K）；）； t0 , t 介质的起始温度和变化温度（介质的起始温度和变化温度（）；）； B 热敏电阻材料常数，一般为热敏电阻材料常数，一般为20006000K， 其大小取决于热敏电阻的材料。其大小取决于热敏电阻的材料。0011lnTTRRBT1. 1. 热敏电阻的主要特性热敏电阻的主要特性 34传感器与检测技术传感器与检测技术若已知两个电阻值以及相应的温度值，就可求得若已知两个电阻值以及相应的温度值，就可求得B值。值。一般取一般取20

15、和和100时的电阻时的电阻R20 和和R100计算计算B值，即将值，即将T=373K，T0=293K代入上式，则代入上式，则10020ln1365RRB将将B值及值及R0=R20 代入式就确定了热敏电阻的温度特性代入式就确定了热敏电阻的温度特性: 35传感器与检测技术传感器与检测技术21TBdTdRRTT B和和值是表征热敏电阻材料性能的两个重要值是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数，热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的电参数，热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的电阻温度系数高很多，所以它的灵敏度很高。阻温度系数高很多，所以它的灵敏度很高。热敏电阻的电阻温度系数热敏电阻的电阻温度系数热敏电阻在其本身温

16、度变化热敏电阻在其本身温度变化1时，电阻值的相对变时，电阻值的相对变化量化量36传感器与检测技术传感器与检测技术 伏安特性伏安特性在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I与其两端的电压U之间的关系， 37传感器与检测技术传感器与检测技术伏安特性伏安特性当流过热敏电阻的电流很小时: 不足以使之加热。电阻值只决定于环境温度，伏安特性是直线，遵循欧姆定律。主要用来测温。当电流增大到一定值时： 流过热敏电阻的电流使之加热，本身温度升高，出现负阻特性。因电阻减小，即使电流增大，端电压反而下降。其所能升高的温度与环境条件(周围介质温度及散热条件)有关。当电流和周围介质温度一定时，热敏电阻的电阻值取决于介质的流速

17、、流量、密度等散热条件。可用它来测量流体速度和介质密度。38传感器与检测技术传感器与检测技术2. 2. 热敏电阻的结构热敏电阻的结构构成：热敏探头、引线、壳体二端和三端器件：为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路获得功率；四端器件：旁热式热敏电阻的结构形式热敏电阻的结构形式 39传感器与检测技术传感器与检测技术热敏电阻的外形热敏电阻的外形 a a）圆片型热敏电阻）圆片型热敏电阻 b b）柱型热敏电阻）柱型热敏电阻 c c）珠型）珠型热敏电阻热敏电阻 d d）铠装型）铠装型 e e）厚膜型）厚膜型 f f）图形符号）图形符号1 1热敏电阻热敏电阻 2 2玻璃外壳玻璃外壳 3 3引出线引出线 4 4

18、紫铜外壳紫铜外壳 5 5传热安装孔传热安装孔 40传感器与检测技术传感器与检测技术热敏电阻外形热敏电阻外形 MF12 MF12型型 NTCNTC热敏电阻热敏电阻聚脂塑料封装聚脂塑料封装热敏电阻热敏电阻41传感器与检测技术传感器与检测技术其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 玻璃封装玻璃封装 NTC热敏电阻热敏电阻MF58 型热敏电阻型热敏电阻42传感器与检测技术传感器与检测技术其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 带安装孔的热敏电阻带安装孔的热敏电阻大功率大功率PTC热敏电阻热敏电阻43传感器与检测技术传感器与检测技术其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻（续）（续） 贴片式贴片式NTC热敏电阻

19、热敏电阻44传感器与检测技术传感器与检测技术其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻（续）（续） MF58型（珠形）型（珠形）高精度负温度系数高精度负温度系数热敏电阻热敏电阻MF5A-3型热敏电阻型热敏电阻（参考深圳科蓬达电子有限公司资料）（参考深圳科蓬达电子有限公司资料）45传感器与检测技术传感器与检测技术非标热敏电阻非标热敏电阻46传感器与检测技术传感器与检测技术非标热敏电阻（续）非标热敏电阻（续） 47传感器与检测技术传感器与检测技术非标热敏电阻（续）非标热敏电阻（续） 48传感器与检测技术传感器与检测技术3. 3. 热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数 标称电阻值RH 在环境温度为250.

20、2时测得的电阻值，又称冷电阻。其大小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。 耗散系数H 指热敏电阻的温度与周围介质的温度相差1时热敏电阻所耗散的功率，单位为mW /； 热容量C 热敏电阻的温度变化1所需吸收或释放的热量，单位为J；49传感器与检测技术传感器与检测技术 能量灵敏度G （W）使热敏电阻的阻值变化1所需耗散的功率。 时间常数 温度为T0的热敏电阻突然置于温度为T 的介质中，热敏电阻的温度增量T= 0.63 (TT0) 时所需的时间。 额定功率PE 在标准压力（750mmHg）和规定的最高环境温度下，热敏电阻长期连续使用所允许的耗散功率，单位为W。在实际使用时，热敏电阻所消耗的功率不得超过额

21、定功率 100)/(HGHC/50传感器与检测技术传感器与检测技术三、三、NTC的线性化处理的线性化处理TRXRAITRXRE51传感器与检测技术传感器与检测技术1、串联法、串联法XTSRRRTRS1TRUIAITRXRETRXRTRXTRR 52传感器与检测技术传感器与检测技术2、并联法、并联法TRXRTRXRTRXTRR /XTXTRRRRR53传感器与检测技术传感器与检测技术四、热敏电阻的应用四、热敏电阻的应用（1 1）热敏电阻温度面板表热敏电阻温度面板表 热敏电阻热敏电阻 LCD54传感器与检测技术传感器与检测技术（2 2）热敏电阻体温表）热敏电阻体温表 55传感器与检测技术传感器与检

22、测技术（3 3）热敏电阻用于）热敏电阻用于CPU的温度测量的温度测量 56传感器与检测技术传感器与检测技术（4 4）热敏电阻用于）热敏电阻用于电热水器电热水器的温度控制的温度控制 57传感器与检测技术传感器与检测技术（5）热电式继电器）热电式继电器JDtRRABGCCV58传感器与检测技术传感器与检测技术（6）金属丝热电阻作为气体传感器的应用）金属丝热电阻作为气体传感器的应用 1连通玻璃管连通玻璃管 2流通玻璃管流通玻璃管 3铂丝铂丝 （a）真空度测量方法对环境温度变化比较敏感，）真空度测量方法对环境温度变化比较敏感， 实际应用中有恒温或温度补偿装置。可测到实际应用中有恒温或温度补偿装置。可测

23、到133.32210-5Pa。（b）可检测管内气体介质成分比例变化、热风流速变化）可检测管内气体介质成分比例变化、热风流速变化59传感器与检测技术传感器与检测技术（a）是热电阻传感器测量真空度的示意图。把铂丝装于与被测介质相连通的玻璃管内。铂电阻丝由较大的（一般大负荷工作状态为4050 mA）恒定电流加热。在环境温度与玻璃管内介质的导热系数恒定的情况下，当铂电阻所产生的热量和主要经玻璃管内介质导热而散失的热量相平衡时，铂丝就有一定的平衡温度，相对应的就有一定的电阻值。当被测介质的真空度升高时，玻璃管内的气体变得更稀薄，即气体分子间碰撞进行热量传递的能力降低（热导率变小），铂丝的平衡温度及其电阻

24、值随即增大，其大小反映了被测介质真空度的高低。 60传感器与检测技术传感器与检测技术（b）所示的流通式玻璃管内装铂丝的装置，可对管内气体介质成分比例变化进行检测，或对管内热风流速变化进行测量，因为两者的变化均可引起管内气体导热系数的变化，而使铂丝电阻值发生变化。但是，必须使其它非被测量保持不变，以减少误差。 61传感器与检测技术传感器与检测技术使用时先将切换开关S旋到1处接通校正电路，调节R6使显示仪表的指针转至测量上限，用以消除由于电源E电压变化产生的误差。当热敏电阻感温元件插入被测介质后，再将切换开关旋到2处，接通测量电路，这时显示仪表的示值即为被测介质的温度值。热敏电阻点温计热敏电阻点温

25、计 （7）温度测量62传感器与检测技术传感器与检测技术（8）温度控制简易温度控制器简易温度控制器 63传感器与检测技术传感器与检测技术64传感器与检测技术传感器与检测技术 （9） 流量测量流量测量利用热敏电阻上的热量消耗和介质流速的关系可以测量流量、流速、风速等 热敏电阻流量计热敏电阻流量计 65传感器与检测技术传感器与检测技术热敏电阻热敏电阻R R t1t1和和R R t2t2分别置于管道中央和不受介质流速影分别置于管道中央和不受介质流速影响的小室中，当介质处于静止态时，使电桥平衡，桥路响的小室中，当介质处于静止态时，使电桥平衡，桥路输出为零；当介质流动时，将输出为零；当介质流动时，将R R

26、t1t1的热量带走，致使的热量带走，致使R Rt1t1阻阻值变化，桥路就有相应的输出量。介质从值变化，桥路就有相应的输出量。介质从R R t1t1上带走的上带走的热量大小与介质流量有关，所以可以用它测流量。热量大小与介质流量有关，所以可以用它测流量。 66传感器与检测技术传感器与检测技术热电阻热电阻RTRT1 1的探头放在气体流路中，而另一个热电阻的探头放在气体流路中，而另一个热电阻RTRT2 2的探头则的探头则放置在温度与被测介质相同，但不受介质流速影响的连通室内。放置在温度与被测介质相同，但不受介质流速影响的连通室内。热电阻式流量计是根据介质内部热传导现象制成的，如果将温度热电阻式流量计是根据介质内部热传导现象制成的，如果将温度为为tntn的热电阻放入温度为的热电阻放入温度为tctc的介质内，设热电阻与介质相接触的的介质内，设热电阻与介质相接触的面积为面积为A A，则热电阻耗散的热量则热电阻耗散的热量Q Q可用下式表达，即：可用下式表达，即：)(cnttKAQK