冰箱温度的检测-热电阻热敏电阻

1、2022-7-612022-7-62l在家用电器中，大量设备如电冰箱、电饭煲、在家用电器中，大量设备如电冰箱、电饭煲、热水器、电熨斗、洗衣机等，都要对温度进行热水器、电熨斗、洗衣机等，都要对温度进行测量。测量。l现在的冰箱要求保险功能越来越精确，对温度现在的冰箱要求保险功能越来越精确，对温度控制要求也更高，这就要求我们对温度进行检控制要求也更高，这就要求我们对温度进行检测，这里的温度传感器要求体积小、重量轻，测，这里的温度传感器要求体积小、重量轻，价格低，可以选用价格低，可以选用热电阻或热敏电阻热电阻或热敏电阻作为测温作为测温传感器。传感器。l1.1.1 金属热电阻金属热电阻l1.1.2 半导

2、体热敏电阻半导体热敏电阻l1.1.3 热电阻式传感器的应用热电阻式传感器的应用 基于导体或半导体的电阻值随温度而变化的特性。基于导体或半导体的电阻值随温度而变化的特性。优点：信号可以远传、灵敏度高、无参比温度。优点：信号可以远传、灵敏度高、无参比温度。金属热电阻稳定性好、准确度高，可作为基准仪表。金属热电阻稳定性好、准确度高，可作为基准仪表。缺点：电源激励、自热现象，影响精度。缺点：电源激励、自热现象，影响精度。作为热电阻的材料要求：作为热电阻的材料要求：电阻电阻温度系数温度系数要大，以提高热电阻的要大，以提高热电阻的灵敏度灵敏度；电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸；电阻率尽可能大，以便减小电

3、阻体尺寸；热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；在测量范围内，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，且价格便宜。应有良好的可加工性，且价格便宜。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）绝缘套管接线盒使用最广泛的热电阻材料是使用最广泛的热电阻材料是铂和铜铂和铜l铂热电阻铂热电阻主要作为标准电阻温度计，广泛应用于温度主要作为标准电阻温度计，广泛应用于温度基准、标准的传递。基准、标准的传递。l铜热电阻铜热电阻测量精度要求不

4、高且温度较低的场合，测量测量精度要求不高且温度较低的场合，测量范围一般为范围一般为50150。 l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铂电阻的精度与铂的提纯程度有关 1000(100)RWR l 百度电阻比百度电阻比 W（100）越高，表示铂丝纯度越高，）越高，表示铂丝纯度越高，l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）1.3925l目前技术水平已达到目前技术水平已达到W（100）1.3930，相当于，相当于99.9995%

5、l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。 o0o1000 C100 CRR： 电电阻阻阻阻值值: : 电电阻阻阻阻值值 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:2301(100)tRRAtBtC tt 当温度当温度 t 在在0 t 650时：时： 201tRRAtBt 国内统一设计的工业用标准铂电阻，国内统一设计的工业用标准铂电阻，W（100）1.391，R0分为分为10和和100两种，分度号分别为两种，分度号分别为Pt10和和Pt100，并给出其分度表（给出阻值和温度的关系）并给出其分度表（给出阻值和温度

6、的关系） 当温度当温度t 在在200 t 0时：时：l应用：测量精度要求不高且温度较低的场合应用：测量精度要求不高且温度较低的场合测量范围：测量范围：50150l优点：温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻优点：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。高，容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。l缺点：易于氧化，一般只用于缺点：易于氧化，一般只用于150以下的低温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。铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。铜电阻的阻值与温度

7、之间的关系铜电阻的阻值与温度之间的关系为为工业上使用的标准化铜热电阻的工业上使用的标准化铜热电阻的R0按国内统一设按国内统一设计取计取50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。 A、B、C为常数，常取为常数，常取A(4.254.28)10-3/. 2301R tRAtBtCtl应用：测温范围，应用：测温范围，-100+300。l优点：电阻温度系数高，电阻率大。优点：电阻温度系数高，电阻率大。l缺点：易于氧化，化学稳定性差，不易提纯，缺点：易于氧化，化学稳定性差，不易提纯， 复复制性差，非线性大，目前应用不

8、多。制性差，非线性大，目前应用不多。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电阻丝采用无感绕法（两线圈电流流向相反，电感互相电阻丝采用无感绕法（两线圈电流流向相反，电感互相抵消）绕在绝缘支架上，图抵消）绕在绝缘支架上，图b所示。所示。11电阻体；电阻体；22瓷绝缘套管；瓷绝缘套管；33不锈钢套管；不锈钢套管；44安装固定件；安装固定件；55引线口；引线口；66接线盒；接线盒；77芯柱；芯柱；88电阻丝；电阻丝；99保护膜；保护膜；1010引线端引线端铜热电阻铜热电阻l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l由金属氧化物和化合物按不同

9、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l优优 点：点：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） 电阻率大，体积小，电阻率大，体积小，热惯性热惯性小，适于测量点温、小，适于测量点温、表面温度表面温度及快速变化的温度。及快速变化的温度。 结构简单、机械性能好。结构简单、机械性能好。l缺点：缺点：线性度较差线性度较差，复现性和互换性较差。，复现性和互换性较差。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热敏电阻热敏电阻正温度系数正温度系数 钛酸钡掺合稀土元素烧结而成

10、钛酸钡掺合稀土元素烧结而成 用途：用途： 各种电器设备的过热保护各种电器设备的过热保护， 发热源的发热源的定温控制定温控制，限流元件，限流元件。 CTR热敏电阻热敏电阻临界温度系数临界温度系数 以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物在弱还原气氛中混合烧结而成。在某个温度化物在弱还原气氛中混合烧结而成。在某个温度上电上电阻值急剧变化阻值急剧变化,具有开关特性。具有开关特性。 用途：用途：温度开关温度开关 NTC热敏电阻热敏电阻很高的负电阻温度系数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化物 混合烧结而

11、成，改变混合物的成分和配比混合烧结而成，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就可以获得测温范围、阻值及温度系数不同的NTC热敏电阻。热敏电阻。 应用：点温、表面温度、温差、温场等测量应用：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自动控制及电子线路的热补偿线路l构成：热敏探头、引线、壳体构成：热敏探头、引线、壳体l二端和三端器件：二端和三端器件： 为直热式，即热敏电阻直接由连为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路获得功率；接的电路获得功率；l四端器件：旁热式四端器件：旁热式l体积达到小型化与超小型化。体积达到小型化与超小型化。 MF12型型 NTC

12、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 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 贴片式贴片式NTC热敏电阻热敏电阻 MF58型（珠形）高精型（珠形）高精度负温度系数热敏电阻度负温度系数热敏电阻MF5A-3型热敏电阻型热敏电阻 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 00111127327300BBTTttTRR eR e 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

13、( )； 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。0011lnTRBRTT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，则代入上式，则201001365lnRBR 将将B值及值及R0=

14、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: 21TTdRBRdTT 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，热敏电阻的参数，热敏电阻的电阻温度系数电阻温度系数比金属丝的电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。 热敏电阻在其本身温度变化热敏电阻在其本身温度变化1时，电时，电阻值的相对变化量阻值的相对变化量l在稳态情况下，通过热敏电阻的电流在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I与其两端的电压与其两端的电压U之间的关系。之间的关系。l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

15、时:不足以使之加热。电阻不足以使之加热。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。主要用来律。主要用来测温测温。l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环境条件(周围介质温度及散热条件周围介质温度及散热条件)有关。当电流和周有关。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围介质温度

16、一定时，热敏电阻的电阻值取决于介质的流速、流量、密度等散热条件。可用它来流速、流量、密度等散热条件。可用它来测量流体速测量流体速度和介质密度度和介质密度。 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时测得的电阻时测得的电阻值，又称冷电阻。其大小取决于热敏电阻的材料和几值，又称冷电阻。其大小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。何尺寸。 材料常数材料常数B(K)：描述材料特性的一个常数，取决于热：描述材料特性的一个常数，取决于热敏电阻材料的激活能力，值大，灵敏度高。敏电阻材料的激活能力，值大，灵敏度高。(3)电阻温度系数电阻温度系数：指温度升高：指温度升高1时，电阻值的相对变时，

17、电阻值的相对变化量。电阻率越高，温度系数也越大。化量。电阻率越高，温度系数也越大。(4)耗散系数耗散系数H 指热敏电阻的温度与周围介质的温度相差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，单位为时热敏电阻所耗散的功率，单位为mW /；(5) 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所需吸收或释放的所需吸收或释放的热量，单位为热量，单位为J；(6) 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。(7) 时间常数时间常数 温度为温度为T0的热敏电阻突然置于温的热敏电阻突然置于温度为度为T 的介质中，热敏电阻的

18、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。 (8) 额定功率额定功率PE 在标准压力（在标准压力（750mmHg）和规）和规定的最高环境温度下，热敏电阻长期连续使用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，单位为所允许的耗散功率，单位为W。在实际使用时，。在实际使用时，热敏电阻所消耗的功率不得超过额定功率。热敏电阻所消耗的功率不得超过额定功率。 (/) 100GH /C H NTC的几种组合电路及其热电特性的几种组合电路及其热电特性 热敏电阻的电阻热敏电阻的电阻- -温度特性呈指数关系，有较大非线温度特性呈指数关系，有较大非线性

19、，一般处理方法是与温度系数小的电阻进行串并联，使性，一般处理方法是与温度系数小的电阻进行串并联，使其等效电阻在一定温度范围内是线性的。其等效电阻在一定温度范围内是线性的。1 金属热电阻传感器金属热电阻传感器 200+500范围的温度测量范围的温度测量 特点：精度高、适于测低温。特点：精度高、适于测低温。2 半导体热敏电阻传感器半导体热敏电阻传感器应用范围很广，可在宇宙航船、医学、工业及应用范围很广，可在宇宙航船、医学、工业及家用电器家用电器等方面用作测温、控温、温度补偿、等方面用作测温、控温、温度补偿、流速测量、液面指示等。流速测量、液面指示等。 l工业广泛使用，工业广泛使用，200+500范

20、围温度测量。范围温度测量。在特殊情况下，测量的低温端可达在特殊情况下，测量的低温端可达3.4K，甚至，甚至更低，更低，1K左右。高温端可测到左右。高温端可测到1000。l温度测量的特点：精度高、适于测低温。温度测量的特点：精度高、适于测低温。l传感器的测量电路：经常使用电桥，精度较高传感器的测量电路：经常使用电桥，精度较高的是自动电桥。的是自动电桥。l为消除由于连接导线电阻随环境温度变化而造为消除由于连接导线电阻随环境温度变化而造成的测量误差，常采用三线制和四线制连接法。成的测量误差，常采用三线制和四线制连接法。l这种引线方式简单、费用低，这种引线方式简单、费用低，但是引线电阻以及引线电阻但是

21、引线电阻以及引线电阻的变化会带来附加误差。的变化会带来附加误差。l两线制适于引线不长、测温两线制适于引线不长、测温精度要求较低的场合。精度要求较低的场合。2r/R10-3时，时，误差才可忽略误差才可忽略热电阻测温电桥的三线制接法热电阻测温电桥的三线制接法 工业用热电阻一般采用三线制，工业用热电阻一般采用三线制，消除引线电阻影响，提高测量精度消除引线电阻影响，提高测量精度G检流计，检流计，R1 ，R2 ，R3固定电阻，固定电阻，R a零位调节电阻，零位调节电阻， R t 热电阻热电阻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 ，有效

22、消除线路寄生电势。，有效消除线路寄生电势。调零电位器调零电位器l实验室用，高精度测量实验室用，高精度测量l四根导线引到现场温度四根导线引到现场温度计。计。l当压表测量电流很小时，当压表测量电流很小时，可完全消除引线电阻影可完全消除引线电阻影响。响。 恒流源供电恒流源供电l铂测温电阻缺点：响应速度慢、容易破损、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。难于测定狭窄位置的温度。l现逐渐使用能大幅度改善上述缺点的极细型铠现逐渐使用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。装铂测温电阻，因而使应用领域进一步扩大。l主要应用：钢铁、石油化工的各种工艺过程

23、；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、动装置；空调、冷冻冷藏工业；宇航和航空、物化设备及恒温槽物化设备及恒温槽 。 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 温度测量温度

24、测量 温度控制温度控制 温度补偿温度补偿 流量测量流量测量l开关开关S旋到旋到1处接通校正电路，调节处接通校正电路，调节R6使显示仪表的指针转至测量使显示仪表的指针转至测量上限，用以消除由于电源上限，用以消除由于电源E电压变化产生的误差。电压变化产生的误差。l当热敏电阻感温元件插入被测介质后，再将切换开关旋到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，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。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计简易温度控制器简易温度控制器 l由由VR设定动作温度。如下：实际温度低时，设定动作温度。如下

25、：实际温度低时， R t 大，大，VT1的的be之间电压之间电压大于导通电压，大于导通电压，VT1导通，相继导通，相继VT2也导通，继电器吸合，电热丝加热。也导通，继电器吸合，电热丝加热。l当实际温度达到要求控制的温度时，由于当实际温度达到要求控制的温度时，由于R t（NTC型）的阻值降低，使型）的阻值降低，使VTl的的be电压过低电压过低 ( 0.6V) , VTl截止，相继截止，相继VT2截止，继电器断开，电热截止，继电器断开，电热丝断电而停止加热。这样便达到控制温度的目的。丝断电而停止加热。这样便达到控制温度的目的。加热指加热指示灯示灯仪表中的电阻温度补偿电路仪表中的电阻温度补偿电路 金

26、属一般具有正的温度系数，金属一般具有正的温度系数，采用负温度系数的热敏电阻进行补偿，采用负温度系数的热敏电阻进行补偿，可以抵消由于温度变化所产生的误差可以抵消由于温度变化所产生的误差 改善温度系数非线性改善温度系数非线性l热式质量流量计热式质量流量计 原理：流体中热传递与热转移与流体质量的关系。原理：流体中热传递与热转移与流体质量的关系。 利用外热源对被测流体加热，测量因流体流动造成利用外热源对被测流体加热，测量因流体流动造成的温度场变化，从而测得流体的质量流量。的温度场变化，从而测得流体的质量流量。 流量方程式：流量方程式： 采用恒定功率法，测量温差采用恒定功率法，测量温差T可以求出质量流量。可以求出质量流量。若采用恒定温差法，求出输入功率若采用恒定温差法，求出输入功率P就可求出质量就可求出质量流量。流量。mpPqcTpPcT ：加加热热功功率率；：比比定定压压热热容容；：加加热热器器前前后后温温度度差差11镍管；镍管；( (导热性能好导热性能好) )22加热线圈；加热线圈；33测温线圈（电阻）；测温线圈（电阻）；44调零电阻；调零电阻；55电表电表原理：原理：加热器、测温电阻安装在小口径金属管壁外，两个测温电阻接电桥输加热器、测温电阻安装在小口径金属管壁外，两个测温电阻接电桥输出。管内流体静止时，调节电桥平衡。当有流体流过