第04講 熱電阻溫度傳感器

第4講熱電阻式溫度傳感器

ThermalResistiveSensors目錄雙擊添加標(biāo)題文字單擊添加文字內(nèi)容單擊添加文字內(nèi)容23單擊添加文字內(nèi)容1熱電阻§2.3.1金屬熱電阻熱電阻熱電阻＝電阻體（最主要部分）＋絕緣套管＋接線盒

作為熱電阻的材料要求： 電阻溫度系數(shù)要大，以提高熱電阻的靈敏度； 電阻率盡可能大，以便減小電阻體尺寸； 熱容量要小，以便提高熱電阻的響應(yīng)速度； 在測(cè)量范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能； 電阻與溫度的關(guān)系最好接近于線性； 應(yīng)有良好的可加工性，且價(jià)格便宜。

使用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅1.常用熱電阻⑴鉑熱電阻 主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，廣泛應(yīng)用于溫度基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。⑵銅熱電阻 測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合，測(cè)量范圍一般為―50～150℃。其中，

Rt：溫度為t℃時(shí)的電阻；

R0

：溫度為0℃時(shí)的電阻；

A：常數(shù)，3.940×10-2℃-1

B：常數(shù)，-5.84×10-7℃-2

C：常數(shù)，-4.22×10-12℃-4⑴鉑熱電阻目前最好材料長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達(dá)10-4K，是目前測(cè)溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種溫度計(jì)。鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關(guān)百度電阻比W（100）越高，表示鉑絲純度越高，國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，W（100）≥1.3925目前技術(shù)水平已達(dá)到W（100）＝1.3930，工業(yè)用鉑電阻的純度W（100）為1.387～1.390。國(guó)內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻，W（100）≥1.391，R0分為50Ω和100Ω兩種，分度號(hào)分別為Pt50和Pt100其分度表（給出阻值和溫度的關(guān)系）⑵銅熱電阻應(yīng)用：測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合 測(cè)量范圍：―50～150℃優(yōu)點(diǎn)： 溫度范圍內(nèi)線性關(guān)系好，靈敏度比鉑電阻高，容易提純、加工，價(jià)格便宜，復(fù)制性能好。缺點(diǎn)： 易于氧化，一般只用于150℃以下的低溫測(cè)量和沒(méi)有水分及無(wú)侵蝕性介質(zhì)的溫度測(cè)量。 與鉑相比，銅的電阻率低，所以銅電阻的體積較大。模型1：其中，A、B、C為常數(shù)：A=4.28899×10-3/℃B=-2.133×10-7/℃2C=1.233×10-9/℃3-50℃~150℃精確計(jì)算時(shí)簡(jiǎn)便計(jì)算，常用二項(xiàng)式計(jì)算其中，Rt、R0——溫度為t℃和t0℃時(shí)的電阻；

——溫度為t0℃時(shí)的溫度系數(shù)。模型2：幾種常用金屬熱電阻材料參數(shù)材料溫度系數(shù)（1/℃）比電阻（

·mm2/m）溫度范圍（℃）特性鉑3.92×10-30.0981-200~+650近線性銅4.25×10-30.0170-50~+150線性鐵6.50×10-30.0910-50~+150非線性鐵6.60×10-30.1210-50~+100非線性國(guó)際溫標(biāo)IPTS-68規(guī)定：在–259.34℃~630.74℃內(nèi)，以鉑電阻作為溫度基準(zhǔn)器優(yōu)點(diǎn)：（1）易提純；（2）在高溫和氧化性介質(zhì)中性能穩(wěn)定；（3）輸出近線性；（4）測(cè)量精度高。分度表——R0=50和100時(shí)的Rt–t關(guān)系優(yōu)點(diǎn)（1）易提純；（2）物理、化學(xué)特性穩(wěn)定；（3）輸出近線性；（4）價(jià)格低廉。缺點(diǎn)（1）電阻率低；（2）體積較大，熱慣性較大；（3）溫度高于100℃易氧化。3、其它熱電阻——低溫、超低溫材料溫度范圍優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)銦電阻室溫~4.3K4.2~15K，靈敏度是鉑的10倍。材料軟，重復(fù)性差。錳電阻63~2K（-271℃~-210℃

）靈敏度高材料脆，難拉成絲。碳電阻-273℃~-268.5℃液氦溫域價(jià)格低廉，對(duì)磁場(chǎng)不敏感。熱穩(wěn)定差兩線制指示儀表rrRt三、熱電阻傳感器的測(cè)量電路生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制室兩線制電橋平衡時(shí)：若保證Ra=Rb，則有：可見(jiàn)r1，r2

對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較大1、三線制電橋平衡時(shí)：若保證Ra=Rb，則有：r1，r2

的影響有了一定的減小電橋平衡時(shí)：若保證Ra=Rb，則有：r1，r3

的影響減小得更小。（1）不受其它條件約束；（2）恒流源I穩(wěn)定。電位差計(jì)2、四線制四、熱電阻應(yīng)用舉例例1：測(cè)量真空度I恒溫容器被測(cè)介質(zhì)玻璃管鉑電阻絲——第i種氣體的導(dǎo)熱系數(shù)——第i種氣體的百分含量——已知——可測(cè)量——可求出A——參考室——工作室例2：氣體成分分析儀§2.3.2半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器一、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)玻璃殼熱敏電阻引線（a）珠狀（b）片狀（c）桿狀（d）墊圈狀金屬氧化物：鈷Co、錳Mn、鎳Ni等的氧化物采用不同比例配方、高溫?zé)Y(jié)而成。優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可測(cè)點(diǎn)溫度；（2）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高（10倍）；（3）電阻率高、熱慣性小、適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量。參數(shù)單位定義標(biāo)稱阻值RH（冷電阻）Ω(25±0.2)℃時(shí)測(cè)得的阻值。溫度系數(shù)αt1/℃20℃時(shí)的電阻溫度系數(shù)。散熱系數(shù)H（耗散系數(shù)）W/℃自身發(fā)熱使溫度比環(huán)境溫度高出1℃所需要的功率。時(shí)間常數(shù)τ秒（s）從溫度t0的介質(zhì)移入溫度為t的介質(zhì)中，溫度升高Δt=0.632(t-t0)所需時(shí)間。熱敏電阻的主要參數(shù)用途標(biāo)準(zhǔn)阻值25℃（kΩ）額定功率（W）時(shí)間常數(shù)（s）耗散系數(shù)（mW/℃）溫度補(bǔ)償0.01~150.5<60>5溫度補(bǔ)償0.82~3000.25<85>4溫度補(bǔ)償10~10000.5<1157～7.6測(cè)控溫6.8~10000.4<207～7.6測(cè)控溫3~1000.03<0.57～7.6二、熱敏電阻的溫度特性負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：

NTC正溫度系數(shù)熱敏電阻：

PTC臨界溫度系數(shù)熱敏電阻：

CRT試驗(yàn)求A、B：1、NTC的R-T特性——0℃

（273.15K）——0℃時(shí)的阻值TR電流較?。壕€性，歐姆定律電流增加：阻值減小、非線性電流較大：阻值減小超過(guò)電流增加2、NTC的伏安特性3、NTC的溫度系數(shù)T低溫段比高溫段靈敏靈敏度比金屬熱電阻高（10倍）IU電阻網(wǎng)絡(luò)（線性化網(wǎng)絡(luò)）：精密電阻與熱敏電阻串、并聯(lián)三、NTC的線性化處理A1、串聯(lián)法ATR2、并聯(lián)法TR四、應(yīng)用舉例例1：測(cè)流速A——熱敏電阻——平衡電阻電橋平衡電橋失衡例2：熱電式繼電器JT正常：Rt較大、BG不導(dǎo)通、

J不吸合T升高：Rt減小、BG導(dǎo)通、

J吸合應(yīng)用：電機(jī)過(guò)熱保護(hù)鉑測(cè)溫電阻傳感器鉑測(cè)溫電阻缺點(diǎn)：響應(yīng)速度慢、容易破損、難于測(cè)定狹窄位置的溫度。現(xiàn)逐漸使用能大幅度改善上述缺點(diǎn)的極細(xì)型鎧裝鉑測(cè)溫電阻，因而使應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。主要應(yīng)用：鋼鐵、石油化工的各種工藝過(guò)程；纖維等工業(yè)的熱處理工藝；食品工業(yè)的各種自動(dòng)裝置；空調(diào)、冷凍冷藏工業(yè)；宇航和航空、物化設(shè)備及恒溫槽金屬絲熱電阻作為氣體傳感器的應(yīng)用

1—連通玻璃管2—流通玻璃管3—鉑絲（a）真空度測(cè)量方法對(duì)環(huán)境溫度變化比較敏感，實(shí)際應(yīng)用中有恒溫或溫度補(bǔ)償裝置。可測(cè)到133.322×10-5Pa。（b）可檢測(cè)管內(nèi)氣體介質(zhì)成分比例變化、熱風(fēng)流速變化2、半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器⑴溫度測(cè)量⑵溫度控制⑶