電阻式傳感器及應用-熱電阻式傳感器（傳感技術課件）

任務2.1電阻應變片傳感器任務2.2電位器式傳感器任務2.3熱電阻式傳感器項目2電阻式傳感器及應用低溫高溫溫度測量的基本概念溫度標志著物質內部大量分子（或原子）無規(guī)則運動的劇烈程度。溫度越高，表示物體內部分子（或原子）的熱運動越劇烈。模擬圖：在一個密閉的空間里，氣體分子在高溫時的運動速度比低溫時快！溫度從微觀上看，是物體分子運動平均動能大小的標志。2.3熱電阻式傳感器測溫傳感器分類按測量方法可分為接觸式和非接觸式；按工作原理可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等。氣體膨脹式溫度計溫度傳感器的種類及特點

接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器：傳感器直接與被測物體接觸進行溫度測量，由于被測物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測物體溫度，因此采用這種方式要測得物體的真實溫度的前提條件是被測物體的熱容量要足夠大。非接觸式溫度傳感器：主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物體的溫度，可進行遙測。其制造成本較高，測量準確度較低。優(yōu)點：不從被測物體上吸收熱量；不會干擾被測對象的溫度場。物理現(xiàn)象

體積熱膨脹

電阻變化溫差電動勢導磁率變化電容變化壓電效應超聲波傳播速度變化物質顏色P–N結電動勢晶體管特性變化晶閘管動作點變化熱、光輻射種類鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振蕩器超聲波溫度計示溫涂料液晶半導體二極管晶體管半導體集成電路溫度傳感器熱敏晶閘管輻射溫度傳感器光學高溫計1.氣體溫度計2.玻璃制水銀溫度計3.玻璃制有機液體溫度計4.雙金屬溫度計5.液體壓力溫度計6.氣體壓力溫度計1．

熱鐵氧體2．

Fe-Ni-Cu合金溫度測量及傳感器分類溫度傳感器的種類及特點所利用的物理現(xiàn)象傳感器類型測溫范圍/℃特點體積熱膨脹氣體膨脹溫度計液體壓力溫度計玻璃水銀溫度計雙金屬片溫度計-250～1000-200～350-50～350-50～300

不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大接觸熱電動勢鎢錸熱電偶鉑銠熱電偶其他熱電偶1000～2100200～1800-200～1200

自發(fā)電型，標準化程度高，品種多；須進行冷端溫度補償電阻的變化鉑熱電阻熱敏電阻-200～900-50～300標準化程度高；但需要接入橋路才能得到電壓輸出PN結結電壓硅半導體二極管（半導體集成溫度傳感器）-50~150體積小，線性好，-2mV/℃；但測溫范圍小溫度-顏色示溫涂料示溫液晶-50～13000～100面積大，可得到溫度圖象；但易衰老，準確度低光輻射熱輻射紅外輻射溫度計光學高溫溫度計熱釋電溫度計-50～1500500～30000～1000非接觸式測量，反應快；但易受環(huán)境及被測體表面狀態(tài)影響體積熱膨脹式不需要電源，壽命長；但感溫部件體積較大，只能抵近測量。

氣體的體積與熱力學溫度成正比紅外溫度計溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標溫標規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點（即零點）以及溫度的單位。各類溫度計的刻度均由溫標確定。國際上規(guī)定的溫標有：攝氏溫標、華氏溫標、熱力學溫標等。華氏、攝氏、開氏溫度比較發(fā)展階段：華氏溫標→攝氏溫標→開氏溫標華氏溫標與攝氏溫標的換算關系是：

例：攝氏溫度為20℃時，華氏溫度為32+36=68℉溫標的發(fā)展目前推行的是1990年國際實用溫標ITS-90：熱力學溫度用符號T90表示,單位為開爾文，符號為K。攝氏溫度的符號為t90，單位是攝氏度，符號為℃。T90和t90的關系為：t90=T90-273.15，或t/℃=T/K-273.15例如:攝氏溫度為0℃時，開爾文溫度為273.15K。溫標的發(fā)展幾種溫標的對比正常體溫為37℃，相當于華氏溫度多少度？熱力學溫標（K）熱力學溫標是建立在熱力學第二定律(不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化)基礎上的最科學的溫標，是由開爾文（Kelvin）根據(jù)熱力學定律提來的，因此又稱開氏溫標。它的符號是T，單位是開爾文（K）。威廉·湯姆遜·開爾文認識鉑熱電阻金屬熱電阻的正溫度系數(shù)溫度升高，金屬內部原子晶格的振動加劇，從而使金屬內部的自由電子通過金屬導體時的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，稱其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢相同。

測溫熱電阻可分為金屬和半導體兩大類。金屬絲電阻隨溫度增高而變大的演示

取一只100W/220V燈泡，用萬用表測量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計算得到的額定熱態(tài)電阻值應為484Ω。請說明鎢絲的溫度系數(shù)的正負。超導現(xiàn)象1911年，荷蘭物理學家昂內斯（KamerlinghOnnes）在用液氦將汞的溫度降到4.2K時，發(fā)現(xiàn)汞的電阻降為零。昂內斯將這種現(xiàn)象稱為物質的超導性。昂內斯和其他科學家又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了其他一些金屬也是超導體。昂內斯因為這項重大發(fā)現(xiàn)而獲得1913年的諾貝爾物理學獎。超導磁懸浮易提純、復現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻

制作熱電阻的材料必須具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、一致性好、使用溫度范圍寬、加工容易等特點。金屬熱電阻材料的主要技術性能

熱電阻的阻值Rt與溫度t的關系表達式Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3+Dt4)Rt—熱電阻在t時的電阻值R0—熱電阻在0℃時的電阻值A、B、C、D—溫度系數(shù)熱電阻的阻值Rt與t之間并不完全呈線性關系。在規(guī)定的測溫范圍內，根據(jù)國際電工委員會（IEC）頒布的分度表數(shù)值，列出每隔1℃的Rt電阻值，這種表格稱為熱電阻分度表。在工程中，若不考慮線性度誤差的影響，有時也可以利用溫度系數(shù)α來近似計算熱電阻的阻值Rt。即：Rt=R0(1+αt）鉑熱電阻的結構圖電阻絲在支架上繞制，由玻璃或陶瓷作外保護層，防止有害氣體腐蝕和氧化。繞制中采用中間對折雙繞方式，避免感應電動勢。裝配式鉑熱電阻

0℃時的電阻為100Ω接線盒薄膜式鉑熱電阻

Pt1000薄膜熱電阻在0℃時的電阻為1kΩ，最大工作電流小于0.3mA。在真空清潔室中，將鉑金屬噴射在陶瓷體上，然后用激光進行光刻和阻值的微調,再焊接兩根引線。在鉑金上涂上一層特殊的絕緣玻璃層。薄膜熱電阻的響應時間只需幾秒。小型鉑熱電阻

防爆式鉑熱電阻

堅實的外殼起“隔爆”作用，工作電流控制在安全范圍。鎧裝式鉑熱電阻1－接線盒2－引出線密封管3－法蘭盤4－柔性外套管（可達百米）5－測溫端部端面式熱電阻及其在測溫端面的安裝螺紋深入到被測物內部，能更快速地反映被測物的實際溫度。汽車用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻熱電阻的引線形式內引線是熱電阻出廠時自備的引線，其功能是使感溫元件與外部測量及控制裝置相連接。熱電阻的測量電路通常采用不平衡電橋來轉換。熱電阻在工業(yè)測量橋路中的接法通常采用兩線制、三線制和四線制。二線制接法R1為鉑熱電阻，R2、R3、R4為錳銅精密電阻(固定電阻)。電橋的調零在0℃的情況下進行。熱電阻Rt被安裝在測溫點上,然后用連接導線連接到電橋的接線端子上。引線電阻r1a、r1b及其隨長度和溫度的變化將引起測量誤差。四線制接法恒流源Ii的恒定激勵電流流過Rt，在Rt上產(chǎn)生降壓Uo=IiRt。輸出電壓Uo的變化量ΔUo與被測溫度變化引起的電阻變化量ΔR成正比。三線制接法引出的三根導線截面積和長度均相同(即r1=r2=r3)，測量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋，鉑電阻(Rpt)作為電橋的一個橋臂電阻，將導線一根(r1)接到電橋的電源端，其余兩根(r2、r3)分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣兩橋臂都引入了相同阻值的引線電阻，電橋處于平衡狀態(tài)，引線電阻的變化對測量結果沒有任何影響。引線的長度變化不影響電橋的平衡,所以可以避免因連接導線電阻受環(huán)境影響而引起的測量誤差。半導體熱敏電阻半導體熱敏電阻分類：負溫度系數(shù)（NTC)和正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻。NTC又可分為兩大類：第一類的電阻值與溫度之間呈嚴格的負指數(shù)關系，因此可用于測量溫度：e是自然對數(shù)的底，e≈2.718.第二類為突變型（CTR）。當溫度上升到某臨界點時，其電阻值突然下降，可用于控制溫度或抑制浪涌電流。NTC熱敏電阻的材料與特性以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料,采用陶瓷工藝制造而成。在低溫時,這些氧化物材料的載流子(電子和空穴)數(shù)目少,所以其電阻值較高。隨著溫度的升高,載流子數(shù)目增加,所以電阻值降低。電阻率和溫度系數(shù)隨材料成分比例、燒結溫度和結構狀態(tài)不同而變化。現(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系列NTC熱敏電阻材料。PTC熱敏電阻在鈦酸鋇里摻雜其它的多晶陶瓷材料,壓制成圓片等形狀,燒結而成PTC熱敏電阻，屬于臨界溫度型(CTR)。當溫度上升到某臨界點時,其電阻值突然上升,可用于電路的限流、過載保護。大功率PTC還可用作暖風機中的加熱元件。恒溫加熱用PTC熱敏電阻

下圖所示的四根曲線分別為哪一種熱敏電阻？熱敏電阻外形MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻其他形式的熱敏電阻

玻璃封裝NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻其他形式的熱敏電阻帶安裝孔的熱敏電阻大電流PTC熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續(xù)）貼片式NTC熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續(xù)）MF58型（珠形）高準確度負溫度系數(shù)熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻各種非標熱敏電阻熱敏電阻的應用

熱敏電阻式溫度面板表熱敏電阻

LCD顯示器熱敏電阻電子體溫表熱敏電阻用于CPU的溫度測量熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制NTC熱敏電阻用于溫度補償動圈式表頭中的動圈由銅線繞制而成。當環(huán)境溫度升高時，動圈的電阻增大，引起表頭的指針偏轉角減小?？梢栽趧尤芈分写胗韶摐囟认禂?shù)NTC熱敏電阻組成的電阻網(wǎng)絡，從而抵消由于溫度變化所產(chǎn)生的誤差。PTC可恢復熔斷器(過熱保護)

可恢復熔絲（也稱可恢保險絲）本體中，聚合樹脂均勻分布在導電氧化物周圍。在正常電流下，PTC熱敏電阻內部的導電粒子構成鏈狀導電通路，呈現(xiàn)低阻狀態(tài)。當電路發(fā)生短路或過載時，PTC熱敏電阻產(chǎn)生較大的熱量，使聚合樹脂熔化，體積迅速增大，切斷導電粒子構成的鏈狀導電通路，使PTC熱敏電阻呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，從而使流過PTC熱敏電阻的電流迅速減小，起短路保護作用。PTC熱敏電阻用于繼電器控制在電動機的定子繞組中嵌入正溫度突變型熱敏電阻，并與繼電器串聯(lián)。當電動機過載時定子電流增大，引起發(fā)熱。當溫度大于突變點時，電路中的電流可以由幾十毫安突變?yōu)槭种畮缀涟?，因此繼電器復位，觸發(fā)電動機保護電路，從而實現(xiàn)過熱保護。由以上分析可知，必須使用正溫度系數(shù)的突變型熱敏電阻與繼電器串聯(lián)。