ch8成都信息工程学院 传感器技术

8.2热电阻式传感器8.2.1金属热电阻8.2.2半导体热敏电阻8.2.3热电阻式传感器的应用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。热电阻的结构

电阻丝采用双线并绕法绕制在具有一定形状的云母、石英或陶瓷塑料支架上，支架起支撑和绝缘作用。

6.2.1金属热电阻

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： 电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度； 电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸； 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； 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。

使用最广泛的热电阻材料是铂和铜1.常用热电阻⑴铂热电阻 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。⑵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―50～150℃。⑴铂热电阻目前最好材料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百度电阻比W（100）越高，表示铂丝纯度越高，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W（100）＝1.3930，工业用铂电阻的纯度W（100）为1.387～1.390。为100度的电阻值铂丝的电阻值与温度之间的关系，即特性方程如下：当温度t在－200℃≤t≤0℃时：当温度t在0℃≤t≤850℃时：国内统一设计的工业用标准铂电阻，W（100）≥1.391，R0分为50Ω和100Ω两种，分度号分别为Pt50和Pt100，其分度表（给出阻值和温度的关系）ＡＢＣ为常数，可以查出在ITS—90中，这些常数规定为

A=3.97×10-13/℃

B=-5.85×10-7/℃2

C=-4.22×10-12/℃4

铂电阻分度表⑵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：―50～150℃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。铜电阻的阻值与温度之间的关系为关系是线性的工业上使用的标准化铜热电阻的R0按国内统一设计取50Ω和100Ω两种，分度号分别为Cu50和Cu100，相应的分度表可查阅相关资料。α=4.28×10-3/℃铜热电阻的分度表分度号：Cu50温度/℃0102030405060708090电阻/Ω－050.0047.8545.7043.5541.4039.24050.0052.1445.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.138.2.2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由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结优点：(1)热敏电阻的温度系数比金属大（4～9倍）(2)电阻率大，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。热敏电阻分类：正温度系数(PTC)负温度系数(NTC)临界温度系数(CTR)热敏电阻典型特性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－负温度系数 以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱还原气氛中混合烧结而成用途：温度开关。

NTC热敏电阻－很高的负电阻温度系数

主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等过渡金属氧化物混合烧结而成应用：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NTC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1.热敏电阻的主要特性

⑴温度特性⑵伏安特性⑴温度特性NTC型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻-温度特性式中RT,R0——热敏电阻在绝对温度T，T0时的阻值()；T0,T——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（℃）；B——热敏电阻材料常数，一般为2000～6000K，其大小取决于热敏电阻的材料。计算题：一热敏电阻在0℃和100℃时，电阻值分别是200千欧和10千欧，计算该热敏电阻在20℃时的电阻值。

B和α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在其本身温度变化1℃时，电阻值的相对变化量⑵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，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、流量、密度等散热条件。可用它来测量流体速度和介质密度。6.2.3热电阻式传感器的应用1、金属热电阻传感器

－200～+500℃范围的温度测量特点：精度高、适于测低温。2、半导体热敏电阻传感器

应用范围很广，可在宇宙航船、医学、工业及家用电器等方面用作测温、控温、温度补偿、流速测量、液面指示等。1、金属热电阻传感器工业广泛使用，－200～+500℃范围温度测量。在特殊情况下，测量的低温端可达3.4K，甚至更低，1K左右。高温端可测到1000℃。温度测量的特点：精度高、适于测低温。传感器的测量电路：经常使用电桥精度较高的是自动电桥。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。内部引线方式两线制这种引线方式简单、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。两线制适于引线不长、测温精度要求较低的场合。三线制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G——检流计，R1，R2，R3——固定电阻，Ra——零位调节电阻，Rt——热电阻四线制接法热电阻测温电桥的四线制接法精密测量中，采用四线制接法热电阻的测量电路三线制uAr=0，导线电阻r对测量无影响平衡：两线制控制室生产现场指示仪表rrRtr：电桥电源；2r：相邻臂（1）不受其它条件约束；（2）恒流源I稳定。四、热电阻应用举例例1：测量真空度I恒温容器被测介质玻璃管铂电阻丝2、四线制电位差计下面是热电阻测量电路，试说明电路工作原理并计算（15分）1.已知Rt是Pt100铂电阻，且其测量温度为T=50℃，试计算出Rt的值和Ra的值（10分）2.电路中已知R1、R2、R3和E，试计算电桥的输出电压VAB。（5分）其中（R1=10KΩ，R2=5KΩ，R3=10KΩ，E=5伏）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。图中G为指示电表，R1、R2、R3为固定电阻，Ra为零位调节电阻。热电阻都通过电阻分别为r2、r3、Rg的三个导线和电桥连接，r2和r3分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的Rg分别接在指示电表和电源的回路中，其电阻变化也不会影响电桥的平衡状态，电桥在零位调整时，应使R4=Ra+Rt0为电阻在参考温度（如0°C）时的电阻值。三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。1、什么是热电效应和热电动势？什么叫接触电动势？什么叫温差电动势？2、试述热电偶与热电阻的基本测温原理。选择及填空1、热电偶的最基本组成是（）A热电极B保护管C绝缘管D接线盒2、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括（）A补偿导线法B电桥补偿法C 冷端补偿法D差动放大法3、热电偶测量温度时，（）A需要加正向电压B需要加反向电压C加正向，反向都可以D不需要加电压4、实际的热电偶测量温度应用中，引用测量仪表而不影响测量结果是利用热电偶的哪个基本定律（）A中间导体定律B中间温度定律C标准电极定律D匀质导体定律填空1、热电动势来源于两个方面，一部分是由两种导体的——构成，另一部分是由单一导体的——构成。2、补偿导线法常用作热电偶的冷端温度补偿，理论依据是——定律。3、常用的热电势传感元件有——、——和热敏电