热电阻式传感器 ppt课件

1、6.2 热电阻式传感器6.2.1 金属热电阻金属热电阻6.2.2 半导体热敏电阻半导体热敏电阻6.2.3 热电阻式传感器的运用热电阻式传感器的运用 n利用导体或半导体资料的电阻率随温度变化的特利用导体或半导体资料的电阻率随温度变化的特性制成的传感器叫做热电阻式传感器。性制成的传感器叫做热电阻式传感器。n运用：对温度和与温度有关的参量进展检测。运用：对温度和与温度有关的参量进展检测。n测温范围：中、低温区域测温范围：中、低温区域-200 650。低温方面也运用于低温方面也运用于1K3K的温度丈量，高温也的温度丈量，高温也有用于有用于1000 1300 n测温元件可分为金属热电阻和半导体热敏电阻两

2、测温元件可分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。大类。6.2.1 金属热电阻金属热电阻热电阻电阻体最主要部分绝缘套管接线盒热电阻电阻体最主要部分绝缘套管接线盒作为热电阻的资料要求：作为热电阻的资料要求：电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度；电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度；电阻率尽能够大，以便减小电阻体尺寸；电阻率尽能够大，以便减小电阻体尺寸；热容量要小，以便提高热电阻的呼应速度；热容量要小，以便提高热电阻的呼应速度；在丈量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；在丈量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性；电阻与温度的关系最好接近于线性；应有良好的可加工性，且

3、价钱廉价。应有良好的可加工性，且价钱廉价。运用最广泛的热电阻资料是铂和铜。运用最广泛的热电阻资料是铂和铜。1. 1. 常用热电阻常用热电阻 铂热电阻铂热电阻主要作为规范电阻温度计，广泛运用于温度主要作为规范电阻温度计，广泛运用于温度基准、规范的传送。基准、规范的传送。 铜热电阻铜热电阻丈量精度要求不高且温度较低的场所，丈量丈量精度要求不高且温度较低的场所，丈量范围普通为范围普通为50150。 铂热电阻铂热电阻 目前最好资料目前最好资料 长时间稳定的复现性可达长时间稳定的复现性可达10-4 K ，是目前测温，是目前测温复现性最好的一种温度计。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

4、铂电阻的精度与铂的提纯程度有关 0100)100(RRW百度电阻比百度电阻比 W100越高，表示铂丝纯度越高，国际适用温标规定，越高，表示铂丝纯度越高，国际适用温标规定，作为基准器的铂电阻，作为基准器的铂电阻，W1001.3925。目前技术程度已。目前技术程度已到达到达W1001.3930，工业用铂电阻的纯度，工业用铂电阻的纯度W100为为1.3871.390。 铂丝的电阻值与温度之间的关系，即特性方程如下：铂丝的电阻值与温度之间的关系，即特性方程如下： 当温度当温度t在在200 t 0时：时： )100(1 320ttCtBtARRt当温度当温度t在在0 t 650时：时： 1 20tBtA

5、RRt 国内一致设计工业用规范铂电阻，国内一致设计工业用规范铂电阻，W1001.391，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Pt100。 铂热电阻不同分度号有相应分度表，即铂热电阻不同分度号有相应分度表，即Rt-t的关系表，这的关系表，这样在实践丈量中，只需测得热电阻的阻值样在实践丈量中，只需测得热电阻的阻值Rt，便可从分度表，便可从分度表上查出对应的温度值。上查出对应的温度值。铂电阻分度表铂电阻分度表u 铂容易提纯，其物理、化学性能在高温暖氧化性铂容易提纯，其物理、化学性能在高温暖氧化性介质中很稳定。铂电阻的输出介质中很稳定。铂电阻的输出 输入特性接近线

6、输入特性接近线性，且丈量精度高，所以它能用作工业测温元件和性，且丈量精度高，所以它能用作工业测温元件和作为温度规范。作为温度规范。u按国际温标按国际温标IPTS-68规定，在规定，在-259.34630.73温域内，以铂电阻温度计作基准器。温域内，以铂电阻温度计作基准器。 铜热电阻铜热电阻n应应 用：丈量精度要求不高且温度较用：丈量精度要求不高且温度较低的场所低的场所n丈量范围：丈量范围：50150n优优 点：点：n温度范围内线性关系好，灵敏度比铂温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、加工，价钱廉价，电阻高，容易提纯、加工，价钱廉价，复制性能好。复制性能好。n 缺缺 点：点： 易于

7、氧化，普通只用于易于氧化，普通只用于150以下的低温丈量以下的低温丈量和没有水分及无侵蚀性介质的温度丈量。和没有水分及无侵蚀性介质的温度丈量。 与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。热惯性较大，稳定性较差，在积较大。热惯性较大，稳定性较差，在100以上以上时容易氧化，因此只能用于低温及没有浸蚀性的时容易氧化，因此只能用于低温及没有浸蚀性的介质中。介质中。铜电阻的阻值与温度之间的关系为铜电阻的阻值与温度之间的关系为)1 (0tRRt关系是线性的关系是线性的 工业上运用的规范化铜热电阻的工业上运用的规范化铜热电阻的R0按国内一按国内一致设计取致设计取5

8、0和和100两种，分度号分别为两种，分度号分别为Cu50和和Cu100，相应的分度表可查阅相关资料，相应的分度表可查阅相关资料。 铜热电阻的分度表铜热电阻的分度表 分度号：分度号：Cu50温度/0102030405060708090电阻/050.0047.8545.7043.5541.4039.24050.0052.1445.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.132. 2. 热电阻的构造热电阻的构造普通工业用热电阻式温度传感器普通工业用热电阻式温度传感器铜热电阻构造表示图 铂热电阻构造表示图

9、TSP系列铂电阻温度传感器系列铂电阻温度传感器铂金电阻温度传感器铂金电阻温度传感器Pt100核级电阻温度传感器核级电阻温度传感器 核级电阻温度传感器核级电阻温度传感器 用于核电站反响堆用于核电站反响堆-回路回路 的的温度传感器温度传感器 精精 度：度：PT100，B级，级，4线制，符合线制，符合IEC751-1983包括包括1986版补遗和版补遗和2019版补遗，版补遗，允差范围允差范围0.30+0.005t. 绝缘电阻：测试电压绝缘电阻：测试电压100VDC，施加，施加5秒绝缘电秒绝缘电阻大于阻大于100M。 漂漂 移：一年内在正常任务条件下，不大于移：一年内在正常任务条件下，不大于0.3。

10、 最大允许电流：小于最大允许电流：小于10mA。 自自 热热 值：不大于值：不大于3。 丈量范围：丈量范围：0350 任务压力：任务压力：15.2MPa 正常累积辐照：正常累积辐照：250KGy 平安壳内事故器件累积辐照：平安壳内事故器件累积辐照：600KGyWZP系列装配式铂电阻系列装配式铂电阻及铠装电阻芯及铠装电阻芯用于普通工业场测温用于普通工业场测温运用温度运用温度-200700 高强度石英管测温铂电阻高强度石英管测温铂电阻温度范围温度范围-100C至至+500C适用于镀锌锅炉、耐酸、耐适用于镀锌锅炉、耐酸、耐碱等强腐蚀场所碱等强腐蚀场所注注:不耐氢氟酸及磷酸不耐氢氟酸及磷酸精细温度传感

11、器精细温度传感器PtWD1A型型-100300误差小于误差小于0.1，精度为超，精度为超A级级 天燃气流量计天燃气流量计温度补偿用铂电阻温度补偿用铂电阻天燃气涡轮番量计等用天燃气涡轮番量计等用油浸变压器用铂电阻油浸变压器用铂电阻 医疗器械铂电阻医疗器械铂电阻 薄膜铂电阻元件薄膜铂电阻元件用用 于汽车工业、白色家电，食品加工业、医疗行业。于汽车工业、白色家电，食品加工业、医疗行业。 尺寸：尺寸：2.3mm2.1mm0.9mm长长宽宽高高 线长线长 10mm防水封装铂电阻防水封装铂电阻中心元件：德国进口精细铂电阻中心元件：德国进口精细铂电阻PT100 PT1000元件精度：元件精度：0.15 (A

12、级级) 0.30 (B级级)封装资料：镀镍铜管或不锈钢管封装资料：镀镍铜管或不锈钢管管料尺寸：管料尺寸： 4 * 25mm 衔接线：衔接线：PVC包胶电缆线可选择耐高温型的包胶电缆线可选择耐高温型的 铜电阻的特点铜电阻的特点电阻率小 ；容易氧化 ；价钱廉价 。WZC-111/12*1000mm Cu50 其它热电阻其它热电阻铁铁/镍热电阻：电阻温度系数比铂和铜高，电阻镍热电阻：电阻温度系数比铂和铜高，电阻率也较大，可做成体积小、灵敏度高的温度率也较大，可做成体积小、灵敏度高的温度计，但易氧化，不宜提纯且电阻与温度非线计，但易氧化，不宜提纯且电阻与温度非线性，仅用于性，仅用于-50100；用的较

13、少。；用的较少。铟电阻：铟电阻：-269-258 ；丈量精度高，灵敏度高，；丈量精度高，灵敏度高，但重现性差。但重现性差。锰电阻：锰电阻：-271-210 ；灵敏度高，但脆性高，；灵敏度高，但脆性高，易损坏；易损坏；炭电阻：炭电阻：-273-268.5 ；热容量小，灵敏度高，；热容量小，灵敏度高，价钱低，易操作，但热稳定性较差。价钱低，易操作，但热稳定性较差。3.热电阻测温线路热电阻测温线路电阻体二线制电阻体三线制电阻体四线制两线制n这种引线方式简单、费用低，但是引线电阻以及引这种引线方式简单、费用低，但是引线电阻以及引线电阻的变化会带来附加误差。线电阻的变化会带来附加误差。n两线制适于引线不

14、长、测温精度要求较低的场所。两线制适于引线不长、测温精度要求较低的场所。n工业用热电阻安装在消费现场，而其指示或记录工业用热电阻安装在消费现场，而其指示或记录仪表安装在控制室，其间的引线很长，假设仅用仪表安装在控制室，其间的引线很长，假设仅用两根导线接在热电阻两端，导线本身的阻值必然两根导线接在热电阻两端，导线本身的阻值必然和热电阻的阻值串联在一同，呵斥丈量误差。和热电阻的阻值串联在一同，呵斥丈量误差。n假设每根导线的阻值是假设每根导线的阻值是r，丈量构造总必然含有，丈量构造总必然含有2r的绝对误差。的绝对误差。n这种误差由于导线阻值这种误差由于导线阻值r随环境温度变化而很难修随环境温度变化而

15、很难修正，注定两线制不宜在工业热电阻上运用。正，注定两线制不宜在工业热电阻上运用。三线制三线制n图中热电阻图中热电阻Rt的三根衔接导线的三根衔接导线直径和长度均一样，阻值都是直径和长度均一样，阻值都是r。其中一根串联在电桥电源上，其中一根串联在电桥电源上，对电桥平衡没有影响。对电桥平衡没有影响。n另外两根分别串联在电桥的相另外两根分别串联在电桥的相邻两臂里，这相邻两臂的阻值邻两臂里，这相邻两臂的阻值都添加都添加r。n当电桥平衡时，满足下式：当电桥平衡时，满足下式：用于工业丈量，普通精度用于工业丈量，普通精度 132)()(RrRRrRt由上式可得由上式可得 rRRRRRRt) 1(21213设

16、计电桥时，假设满足设计电桥时，假设满足R1=R2，那么，那么r对桥路平衡无影响对桥路平衡无影响实验室用，高精度丈量实验室用，高精度丈量 四线制四线制 四线制就是热电阻两端各用两根导线四线制就是热电阻两端各用两根导线连到仪表上，普通运用直流电位差计作为连到仪表上，普通运用直流电位差计作为指示或记录仪表。由恒流源供应知电流指示或记录仪表。由恒流源供应知电流I流流过热敏电阻过热敏电阻Rt，使其产生压降，使其产生压降U，再用电，再用电位差计测出位差计测出U，利用欧姆定律：，利用欧姆定律：IURt思索：引线电阻思索：引线电阻r为什么没有影响？为什么没有影响？ 电流在导线上构成的压降不在丈量范围内，电压导

17、线上虽有电阻但无电流，由于电位差计丈量时不取电流，所以四根导线的电阻对丈量均无影响。6.2.2 半导体热敏电阻半导体热敏电阻 利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成。利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成。由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结。由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结。优优 点：点： (1) 热敏电阻的温度系数比金属大热敏电阻的温度系数比金属大49倍倍 (2) 电阻率大，体积小，热惯性小，适于丈量点温、电阻率大，体积小，热惯性小，适于丈量点温、外表温度及快速变化的温度。外表温度及快速变化的温度。 (3) 构造简单、机械性能好。构造简单、机械性能好。缺陷：线性度较差，

18、复现性和互换性较差。缺陷：线性度较差，复现性和互换性较差。热敏电阻分类：热敏电阻分类：正温度系数正温度系数(PTC)负温度系数负温度系数(NTC) 临界温度系数临界温度系数(CTR)热敏电阻典型特性热敏电阻典型特性 PTC热敏电阻正温度系数热敏电阻正温度系数 钛酸钡掺合稀土元素烧结而成，当温度超越钛酸钡掺合稀土元素烧结而成，当温度超越某一数值时，其电阻值朝正的方向快速变化。某一数值时，其电阻值朝正的方向快速变化。 用途：彩电消磁，各种电器设备的过热维护，用途：彩电消磁，各种电器设备的过热维护，发热源的定温控制，限流元件。发热源的定温控制，限流元件。 CTR热敏电阻负温度系数热敏电阻负温度系数

19、以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱复原气氛中混合烧结而成，在某个氧化物的弱复原气氛中混合烧结而成，在某个温度上电阻急剧变化，具有开关特性。温度上电阻急剧变化，具有开关特性。 用途：温度开关。用途：温度开关。 NTC热敏电阻很高的负电阻温度系数热敏电阻很高的负电阻温度系数 主要由主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等过渡金属氧等过渡金属氧化物混合烧结而成，特别适用于化物混合烧结而成，特别适用于-100300 之间测温。之间测温。 运用：点温、外表温度、温差、温场等丈量运用：点温、外表温度、温差、温场等丈量 自动控制及电子线路的热补偿线路自动控制及

20、电子线路的热补偿线路NTC热敏电阻热敏电阻1. 热敏电阻的主要特性2. 热敏电阻的构造3. 热敏电阻的主要参数4. 热敏电阻的线性化1. 1. 热敏电阻的主要特性热敏电阻的主要特性 温度特性 伏安特性 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 00273127310110ttBTTBTeReRR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

21、电阻资料常数，普通为热敏电阻资料常数，普通为20006000K， 其大小取决于热敏电阻的资料。其大小取决于热敏电阻的资料。0011lnTTRRBT假设知两个电阻值以及相应的温度值，就可求得假设知两个电阻值以及相应的温度值，就可求得B值。值。普通取普通取20和和100时的电阻时的电阻R20 和和R100计算计算B值，值，即将即将T=373K，T0=293K代入上式，那么代入上式，那么100201365RRnlB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: 21TBdTdRRTT B和和值是表征热敏电阻资料性能的两个重要参数，热敏电阻值是表征热敏电

22、阻资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高很多，所以它的灵敏度很高。的电阻温度系数比金属丝高很多，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度变化热敏电阻在其本身温度变化1时，电阻值的相对变化量时，电阻值的相对变化量 伏安特性伏安特性n在稳态情况下，经过热敏电阻的电流在稳态情况下，经过热敏电阻的电流I与其两与其两端的电压端的电压U之间的关系，之间的关系， 当流过热敏电阻的电流很小时当流过热敏电阻的电流很小时: 缺乏以使之加热。电阻值只决议于环境温度，伏安特缺乏以使之加热。电阻值只决议于环境温度，伏安特性是直线，遵照欧姆定律。主要用来测温。

23、性是直线，遵照欧姆定律。主要用来测温。伏安特性伏安特性当电流增大到一定值时：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，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。出现负阻特性。 因电阻减小，即使电流增大，端电压反而下降。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其所能升高的温度与环境条件(周围介质温度周围介质温度及散热条件及散热条件)有关。有关。 当电流和周围介质温度一定时，热敏电阻的电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、流量、密度等散热条阻值取决于介质的流速、流量、密度等散热条件。可用它来丈量流体速度和介

24、质密度。件。可用它来丈量流体速度和介质密度。2. 2. 热敏电阻的构造热敏电阻的构造构成：热敏探头、引线、壳体构成：热敏探头、引线、壳体二端和三端器件：二端和三端器件： 为直热式，即热敏电阻直接由衔接的电为直热式，即热敏电阻直接由衔接的电路获得功率；路获得功率；四端器件：旁热式四端器件：旁热式热敏电阻的构造方式 ABS材质外壳，材质外壳，PVC导线导线,用于电冰箱、冰柜。耐腐防用于电冰箱、冰柜。耐腐防潮潮1.耗散系数：耗散系数： 5mW/2.热时间常数热时间常数: 10S3.测温范围测温范围: -40 +110铜质外壳，铜质外壳，PVC导线，导线，用于空调、饮水机用于空调、饮水机 铜制、不锈钢

25、外壳，铜制、不锈钢外壳，PVC导线，用于热水器导线，用于热水器 MZ4系列加热用系列加热用PTC热敏电阻热敏电阻MZ5汽车测温用汽车测温用PTC热敏电阻热敏电阻MZ41系列卷发器用系列卷发器用PTC热敏电阻热敏电阻MZ6系列电机维护用系列电机维护用PTC热检测器热检测器3. 3. 热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数 标称电阻值标称电阻值RH 在环境温度为在环境温度为250.2时测得的时测得的电阻值，又称冷电阻。其大小取决于热敏电阻的电阻值，又称冷电阻。其大小取决于热敏电阻的资料和几何尺寸。资料和几何尺寸。 耗散系数耗散系数H 指热敏电阻的温度与周围介质的温指热敏电阻的温度与周围介质的温度相差

26、度相差1时热敏电阻所耗散的功率，单位为时热敏电阻所耗散的功率，单位为W /； 热容量热容量C 热敏电阻的温度变化热敏电阻的温度变化1所需吸收或释所需吸收或释放的热量，单位为放的热量，单位为J。 能量灵敏度能量灵敏度G W使热敏电阻的阻值变化使热敏电阻的阻值变化1所需耗散的功率。所需耗散的功率。 时间常数时间常数 温度为温度为T0的热敏电阻忽然置于温的热敏电阻忽然置于温度为度为T 的介质中，热敏电阻的温度增量的介质中，热敏电阻的温度增量T= 0.63 (TT0) 时所需的时间。时所需的时间。 额定功率额定功率PE 在规范压力在规范压力750mmHg和规和规定的最高环境温度下，热敏电阻长期延续运用

27、定的最高环境温度下，热敏电阻长期延续运用所允许的耗散功率，单位为所允许的耗散功率，单位为W。在实践运用时，。在实践运用时，热敏电阻所耗费的功率不得超越额定功率热敏电阻所耗费的功率不得超越额定功率 100)/(HGHC/4. 4. 热敏电阻的线性化热敏电阻的线性化对热敏电阻进展线性化处置的最简一方法对热敏电阻进展线性化处置的最简一方法: : 用温度系数很小的精细电阻与热敏电阻串用温度系数很小的精细电阻与热敏电阻串或并联构成电阻网络或并联构成电阻网络( (常称为线性化网络常称为线性化网络) )替代替代单个热敏电阻，其等效电阻与温度呈一定的线单个热敏电阻，其等效电阻与温度呈一定的线性关系。性关系。

28、图中热敏电阻图中热敏电阻RtRt与补偿电阻与补偿电阻Rx Rx 串联串联, ,串联后的串联后的等效电阻等效电阻R= Rt +Rx R= Rt +Rx ，只需，只需Rx Rx 的阻值选择适的阻值选择适当，可使温度在某一范围内与电阻的倒数成线当，可使温度在某一范围内与电阻的倒数成线性关系，所以电流性关系，所以电流I I与温度与温度T T成线性关系。成线性关系。 图中热敏电阻图中热敏电阻RtRt与补偿电阻与补偿电阻RxRx并联，其等效并联，其等效电阻电阻R= Rt / Rx R= Rt / Rx 。由图可知，。由图可知，R R与温度的关与温度的关系曲线便显得比较平坦。因此可以在某一温度系曲线便显得比

29、较平坦。因此可以在某一温度范围内得到线性的输出特性。范围内得到线性的输出特性。并联在热敏电阻中的并联在热敏电阻中的R的最正确值的最正确值 MHLHLHLMRRRRRRRRR22)(6.2.3 热电阻式传感器的运用热电阻式传感器的运用1 1、金属热电阻传感器、金属热电阻传感器 200200+500+500范围的温度丈量范围的温度丈量 特点：精度高、适于测低温。特点：精度高、适于测低温。2 2、半导体热敏电阻传感器、半导体热敏电阻传感器运用范围很广，可在宇宙航船、医学、运用范围很广，可在宇宙航船、医学、工业及家用电器等方面用作测温、控温、工业及家用电器等方面用作测温、控温、温度补偿、流速丈量、液面指示等。温度补偿、流速丈量、液面指示等。 1 1、金属热电阻传感器、金属热电阻传感器工业广泛运用，工业广泛运用，200+500范围温度丈量。范围温度丈量。在特殊情况下，丈量的低温端可达在特殊情况下，丈量的低温端可达3.4K，甚至更，甚至更低，低，