传感器与检测技术课件第六章温度传感器2

热电阻式传感器金属热电阻式热敏电阻式一、金属热电阻式温度传感器热电阻是利用导体材料的电阻随温度变化而变化的特性来实现对温度的测量的。热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。取一只100W/220V灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484

。一、金属热电阻式温度传感器一、金属热电阻式温度传感器基本原理金属导体增加电压后，使其内部杂乱无章运动的自由电子形成有规律的定向运动，而使导体导电。当温度升高时，由于自由电子获得较多能量，能从定向运动中挣脱出来，从而定向运动被削弱，导电率降低，电阻率增大。我们称其为正温度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小；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。一、金属热电阻式温度传感器对热电阻的材料要求易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻一、金属热电阻式温度传感器当前工业测温广泛使用铂电阻、铜电阻和镍电阻一、金属热电阻式温度传感器0~850℃-200℃~0℃其中，Rt、R0——温度为t℃和0℃时的电阻；

α1、α2

、α3

为常数：

α1=3.96847×10-2/℃

α2=-5.847×10-7/℃2

α3

=-4.22×10-12/℃4分度表——R0=50和100时的Rt

–t关系铂电阻铂的物理、化学性能稳定，测量精度高、电阻率较高;铂热电阻使用范围是－200℃～+850℃。除作为温度标准外，还广泛用于高精度的工业测量。一、金属热电阻式温度传感器铂电阻当前工业测温广泛使用铂电阻、铜电阻和镍电阻铂电阻的精度与铂的提纯程度有关.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。一、金属热电阻式温度传感器铂电阻国内统一设计的工业用标准铂电阻，W（100）≥1.391。薄膜型及普通型铂热电阻小型铂热电阻防爆型铂热电阻利用间隙隔爆原理，设计具有足够强度的接线盒等部件，将所有会产生火花、电弧和危险温度的零部件都密封在接线盒内，当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却，使爆炸后的火焰和温度不传到腔外。

一、金属热电阻式温度传感器铜电阻由于铂是贵重金属，在精度要求不高的场合和测温范围较小

时，普遍使用铜电阻。铜价格低廉，在-50～150℃范围内，铜电阻化学、物理性能稳定，输出—输入特性接近线性。其中，α1=4.28899×10-3/℃

α2=-2.133×10-7/℃2

α3=-1.233×10-9/℃3一、金属热电阻式温度传感器铜电阻汽车用水温传感器及水温表(铜热电阻)铜热电阻一、金属热电阻式温度传感器其它热电阻铟电阻：高精度低温，在4.2~15K，灵敏度是铂的10倍。锰电阻：阻值随温度变化大，可在（275~336）℃温度范围

内使用。但质脆易损坏。镍电阻：灵敏度高，但热稳定性差。一、金属热电阻式温度传感器热电阻的结构主要由不同材料的电阻丝绕制而成，为了避免

通过交流电时产生感抗，或有交变磁场时产生感应电动势，在

绕制时采用双线无感绕法。由于通过这两股导线的电流方向相反，从而使其产生的磁通相互抵消。铂热电阻铜热电阻一、金属热电阻式温度传感器热电阻的测量转换电路（1）两线制由于金属热电阻本身的阻值很小，所以引线电阻及其随长度和温度的变化就不能忽略。如引线从100m增长到200m时，r也增加一倍，使原已经调好平衡的电桥失去平衡，需要重新调零。又如，在测量过程中，引线电缆受环境影响（温度升高），铜质电缆线的电阻也会升高，叠加在Rt上，引起测量误差。一、金属热电阻式温度传感器热电阻的测量转换电路（2）三线制为了消除引线电阻的影响，通常采用三限制接法，其中两根介入电桥相邻

臂，引线长度变化不影响电桥平衡。另外一条与激励电源相连，也不影响电桥平衡。一、金属热电阻式温度传感器热电阻的测量转换电路（3）四线制热电阻有四根引线，其中两根引线与恒流源相连，让热电阻Rt流过已知电流I;另外两根引线将热电阻上压降Ut引到电位差计的测量端。Rt=Ut/I。由于是在电位差计平衡时读数，电位差计不取电流，因此两根测量引线没有电流流过，从而完全消除了引线电阻变化对测温的影响。四线制接法适用于精密测温用的热电阻，通常在实验室测温和计量标准工作中使用电位差计二、热敏电阻式温度传感器热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度的变化而显著变化的特性实现测温的。半导体热敏电阻有很高的电阻温度系数，其灵敏度比热电阻高得多。而且体积可以做得很小，故动态特性好，特别适于在-100℃～300℃之间测温。热敏电阻的缺点是互换性较差，另外其热电特性是非线性的。热敏电阻是由一些金属氧化物，如钴（Co）、锰（Mn）、镍（Ni）等的氧化物采用不同比例配方，高温烧结而成。其形状有珠状、片状、杆状、垫圈状等。（b）片状（c）杆状（d）垫圈状热敏电阻的结构类型（a）珠状玻璃壳热敏电阻引线二、热敏电阻式温度传感器热敏电阻外形

MF12型NTC热敏电阻聚脂塑料封装热敏电阻二、热敏电阻式温度传感器玻璃封装NTC热敏电阻MF58型热敏电阻热敏电阻外形

二、热敏电阻式温度传感器带安装孔的热敏电阻大功率PTC热敏电阻热敏电阻外形

二、热敏电阻式温度传感器

贴片式NTC热敏电阻热敏电阻外形

二、热敏电阻式温度传感器

MF58型（珠形）高精度负温度系数热敏电阻MF5A-3型热敏电阻（参考深圳科蓬达电子有限公司资料）热敏电阻外形

二、热敏电阻式温度传感器非标热敏电阻热敏电阻外形

二、热敏电阻式温度传感器二、热敏电阻式温度传感器在低温下，电子-空穴浓度很低，故电阻率很大，随着温度的升高，电子-空穴的浓度按指数规律增加，电阻率逐渐减小，其

阻温特性为：热敏电阻的测温机理：R0——温度为T0时的电阻值（Ω）RT——温度为T时的电阻值（Ω）T——热力学温度（K）B——热敏电阻系数（与热敏电阻材料及工艺有关）习题一热敏电阻在0℃和40℃时，电阻值分别为100kΩ和10kΩ，试求其热敏电阻常数B正温度系数（PTC）热敏电阻;负温度系数（NTC）热敏电阻;临界温度电阻器（CTR）热敏电阻二、热敏电阻式温度传感器按照不同的物理特性，热敏电阻可分为在测量范围内，其阻值随温度增加，最高温度不超过140℃阻值随温度增加而下降，一般用于（-50~300）℃的温度

测量在某一特定温度下电阻值会发生突变，因此不适于较宽温度范围内的测量。正温度系数（PTC）负温度系数（NTC）临界温度电阻器（CTR）二、热敏电阻式温度传感器按照不同的物理特性，热敏电阻可分为各种热敏电阻的特性曲线1—突变型NTC2—负温度NTC3—线性型PTC4—突变型PTC温度的测量温控开关电路二、热敏电阻式温度传感器由于热敏电阻与温度的关系呈较强的非线性，使得它的测温范围

和精度受到一定的限制。为了解决这两方面问题，常利用温度系数很小的金属电阻与热敏电阻串联或并联，使热敏电阻在一定范围呈线性关系。各种热敏电阻的特性曲线1—突变型NTC2—负温度NTC3—线形型PTC4—突变型PTC温度的测量温控开关电路电阻网络（线性化网络）：精密电阻与热敏电阻串、并联1、串联法ATR2、并联法TRNTC的线性化处理热敏电阻的应用1）热敏电阻测温热敏电阻体温表原理图用于测量温度的热敏电阻结构简单，价格便宜。没有外保护层的热敏电阻只能用于干燥的环境中，在潮湿、腐蚀性等恶劣环境下只能用密封的热敏电阻。如：右图为热敏电阻测量温度的电路图。热敏电阻的应用1）热敏电阻测温热敏电阻体温表原理图测量时先对仪表进行标定。将绝缘的热敏电阻放入32℃（表头的零位）的温水中，待热量平衡后，调节RP1，使指针在32℃上，再加热水，用更高一级的温度计监测水温，使其上升到45℃。待热量平衡后，调节RP2，使指针指在45℃