第二章電阻傳感器

第二章電阻傳感器章節(jié)導(dǎo)入：

電阻傳感器種類繁多，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛?；驹韺⒈粶y(cè)量變成電阻的變化量，通過此變化量的測(cè)量從而達(dá)到測(cè)量被測(cè)量的目的。本章要點(diǎn)：1、了解電位器式傳感器的原理、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路及應(yīng)用2、了解電阻應(yīng)變片的原理、掌握橋式測(cè)量轉(zhuǎn)換電路及應(yīng)用3、了解測(cè)溫?zé)犭娮柙怼⒍€、三線、四線測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的特點(diǎn)重點(diǎn)掌握三線制儀表的特點(diǎn)及應(yīng)用4、了解氣敏電阻及濕敏電阻原理、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路及應(yīng)用。3/11/20241第一節(jié)電位器式傳感器一、工作原理:電位器式壓力傳感器原理框圖彈簧管P壓力角位移α電位器電阻值ΔR分壓比電路Uo輸出電壓二、特點(diǎn)及應(yīng)用：電位器式傳感器摩擦力大，現(xiàn)改用耐磨、穩(wěn)定性好的導(dǎo)電塑料做傳感器。有輸出電壓大的優(yōu)點(diǎn)。用于張力測(cè)量、直線行程、角度控制、伺服電機(jī)的位置反饋元件3/11/20242三、電位器式傳感器的應(yīng)用舉例

—彈性敏感元件（彈簧管）

敏感元件在傳感器中直接感受被測(cè)量，并轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。在下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移α

3/11/20243

當(dāng)被測(cè)壓力p增大時(shí)，彈簧管撐直，通過齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)電位器的電刷產(chǎn)生角位移。P3/11/20244電位器式傳感器的應(yīng)用舉例

—360度圓盤形電位器傳感器(測(cè)量角位移)

右圖所示的360度圓盤形電位器的中間焊片為滑動(dòng)片，右邊焊片接地，左邊焊片接電源。

接地電源滑動(dòng)片3/11/20245

四、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路：

1、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的作用：

將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電壓、電流或頻率量。

2、電位器式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路：左圖為電位器傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路，當(dāng)電位器的兩端加上電源后，電位器就組成分壓比電路，它的輸出量是與壓力成一定關(guān)系的電壓Uo。

Uo=Ui﹒X/LLXUiUo+-3/11/20246

測(cè)量轉(zhuǎn)換電路：

1、直線式：Uo=Ui﹒X/L

2、圓盤式：3/11/20247第二節(jié)電阻應(yīng)變式傳感器

應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。分析:

設(shè)有一長(zhǎng)度為、截面積為A、半徑為r、電阻率為

的金屬單絲，它的電阻值R可表示為

當(dāng)沿金屬絲的長(zhǎng)度方向作用均勻拉力（或壓力）時(shí)，上式中

、r、l都將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻值R發(fā)生變化。例如金屬絲受拉時(shí)，l將變長(zhǎng)、r變小，均導(dǎo)致R變大

一、電阻應(yīng)變片的工作原理3/11/202483/11/20249

半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng):

是對(duì)半導(dǎo)體的某一軸向施加一定的荷載產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)，它的電阻率發(fā)生變化。又如，某些半導(dǎo)體受拉時(shí)，

將變大，導(dǎo)致R變大。

做實(shí)驗(yàn)也可說明：

用數(shù)字萬用表：金屬絲受拉時(shí)，l變長(zhǎng)、r變小，導(dǎo)致R變大3/11/202410實(shí)驗(yàn)證明：

電阻絲及應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化量

R

R與材料力學(xué)中的軸向應(yīng)變

x的關(guān)系在很大范圍內(nèi)是線性的，即

K—電阻應(yīng)變片的靈敏度由材料力學(xué)可知，

x=F/（AE），所以

R/R又可表示為

結(jié)論：

如果應(yīng)變片的靈敏度K和試件的橫截面積A以及彈性模量Ｅ均為已知，則只要設(shè)法測(cè)出

R/R的數(shù)值，即可獲知試件受力Ｆ的大小，例如可用于電子秤的稱重或測(cè)量加速度。3/11/202411二、應(yīng)變片的種類與結(jié)構(gòu)

2、金屬絲式應(yīng)變片的特點(diǎn)

使用最早，有紙基、膠基之分。由于金屬絲式應(yīng)變片蠕變較大，金屬絲易脫膠，有逐漸被箔式所取代的趨勢(shì)。但其價(jià)格便宜，多用于應(yīng)變、應(yīng)力的大批量、一次性試驗(yàn)

1、應(yīng)變片的種類：金屬應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片金屬絲式金屬箔式薄膜式3/11/202412

3、箔式應(yīng)變片中的特點(diǎn)制作工藝：

箔柵是金屬箔通過光刻、腐蝕等工藝制成的。箔的材料多為電阻率高、熱穩(wěn)定性好的銅鎳合金。優(yōu)點(diǎn)：箔式應(yīng)變片與片基的接觸面積大得多，散熱條件較好，在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量時(shí)的蠕變較小，一致性較好，適合于大批量生產(chǎn)。還可以對(duì)金屬箔式應(yīng)變片進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，使其線脹系數(shù)、電阻溫度系數(shù)以及被粘貼的試件的線脹系數(shù)三者相互抵消，從而將溫度影響減小到最小的程度，目前廣泛用于各種應(yīng)變式傳感器中。3/11/2024134、半導(dǎo)體應(yīng)變片的特點(diǎn)是用半導(dǎo)體材料作敏感柵而制成的。當(dāng)它受力時(shí)，電阻率隨應(yīng)力的變化而變化。它的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高（靈敏度比絲式、箔式大幾十倍）,主要缺點(diǎn)是靈敏度的一致性差、溫漂大、電阻與應(yīng)變間非線性嚴(yán)重。在使用時(shí)，需采用溫度補(bǔ)償及非線性補(bǔ)償措施。3/11/202414半導(dǎo)體應(yīng)變片外形金屬絲式應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)金屬箔式應(yīng)變片的外形金屬薄膜絲應(yīng)變片有其自身優(yōu)缺點(diǎn)目前只限于小型稱重傳感器。3/11/2024155、應(yīng)變片主要性能指標(biāo)

1）應(yīng)變片的電阻值：其中PZ為紙質(zhì)絲式，PJ為膠質(zhì)絲式，BX、BA、BB為箔式，PBD為半導(dǎo)體應(yīng)變片。標(biāo)稱電阻一般有100、120、200、350

、600

、1000

、

應(yīng)變片主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)名稱電阻值/

靈敏度電阻溫度系數(shù)/℃-1極限工作溫度/℃最大工作電流/mAPZ-120型PJ-120型BX-200型BA-120型BB-350型PBD-1K型PBD-120型1201202001203501000±10%120±10%1.9～2.11.9～2.11.9～2.21.9～2.21.9～2.2140±5%120±5%20

10-62010-6－①－－<0.4%<0.2%-10～40-10～40-30～60-30～200-30～170<40<40202025252515203/11/202416應(yīng)變片主要性能指標(biāo)2）絕緣電阻：引線與試件的絕緣電阻通常為50—100M

3）允許電流：應(yīng)變片不允許超過的最大電流。否則靈敏度變化、零漂和蠕變?cè)黾樱踔翢龤А?）橫向效應(yīng)與靈敏度：金屬做成應(yīng)變片敏感柵后，既有直線效應(yīng)，又有圓弧的橫向效應(yīng)，造成靈敏度下降。5）機(jī)械滯后：對(duì)于同一機(jī)械應(yīng)變，在加載和卸載的過程中，卸載時(shí)的指示高于加載時(shí)的指示應(yīng)變，造成讀數(shù)不準(zhǔn)確。6）零漂和蠕變：溫度恒定，試件不受載荷，電阻隨時(shí)間變化的特性稱為應(yīng)變片的零漂；如果應(yīng)變片承受恒定機(jī)械應(yīng)變長(zhǎng)時(shí)間作用，其指示應(yīng)變隨時(shí)間變化的特性稱為應(yīng)變片的蠕變。3/11/2024171—敏感元件2、4—基底3—引線

5、6電極應(yīng)變片組成應(yīng)變片結(jié)構(gòu)

6、應(yīng)變片結(jié)構(gòu)與粘貼3/11/202418康銅是現(xiàn)在電阻應(yīng)變片應(yīng)用較多的材料。

1）去污：

采用手持砂輪工具除去構(gòu)件表面的油污、漆、銹斑等，并用細(xì)紗布交叉打磨出細(xì)紋以增加粘貼力，用浸有酒精或丙酮的紗布片或脫脂棉球擦洗。

4、應(yīng)變片的粘貼3/11/202419

2）貼片：在應(yīng)變片的表面和處理過的粘貼表面上，各涂一層均勻的粘貼膠，用鑷子將應(yīng)變片放上去，并調(diào)好位置，然后蓋上塑料薄膜，用手指揉和滾壓，排出下面的氣泡。3/11/202420

3）測(cè)量：從分開的端子處，預(yù)先用萬用表測(cè)量應(yīng)變片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應(yīng)變片。4）焊接：

將引線和端子用烙鐵焊接起來，注意不要把端子扯斷。

3/11/2024215）固定：

焊接后用膠布將引線和被測(cè)對(duì)象固定在一起，防止損壞引線和應(yīng)變片。3/11/202422三、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路——不平衡電橋

金屬應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表即偏位式測(cè)量其電阻值的變化將十分困難，且誤差很大。

例如：有一金屬箔式應(yīng)變片，標(biāo)稱阻值R0為100

，靈敏度K=2，粘貼在橫截面積為9.8mm2的鋼質(zhì)圓柱體上，鋼的彈性模量E=2

1011N/m2，所受拉力F=0.2t，受拉后應(yīng)變片的阻值R的變化量?jī)H為0.2

。由上例說明：

直接用歐姆表很難觀察其變化。所以必須使用不平衡電橋即微差式電路來測(cè)量這一微小的變化量。下面分析該直流橋式測(cè)量轉(zhuǎn)換電路是如何將

R/R轉(zhuǎn)換為輸出電壓Uo的。

3/11/202423

++--UoR1R4UiR2R31、電橋平衡的條件：為了使電橋在測(cè)量前的輸出電壓為零，應(yīng)該選擇四個(gè)橋臂電阻，使R1R3=R2R4或R1/R2=R4/R3。此時(shí)橋路的輸出電壓為：3/11/2024243/11/2024252、電橋的三種工作方式單臂半橋工作方式：R1為應(yīng)變片，R2、R3、R4為固定電阻，

R2～

R4均為零，

此時(shí)輸出電壓為：++--UoR1R4UiR2R33/11/2024263/11/202427雙臂電橋

R1、R2為應(yīng)變片，

R3、R4為固定電阻。應(yīng)變片R1、R2感受到的應(yīng)變

1~

2以及產(chǎn)生的電阻增量正負(fù)號(hào)相間，可以使輸出電壓Uo成倍地增大。此時(shí)輸出電壓為：++--UoR1R4UiR2R33/11/2024283/11/202429四臂全橋

++--UoR1R4UiR2R3全橋的四個(gè)橋臂都為應(yīng)變片，如果設(shè)法使試件受力后，應(yīng)變片R1~

R4產(chǎn)生的電阻增量（或感受到的應(yīng)變

1~

4）正負(fù)號(hào)相間，就可以使輸出電壓Uo成倍地增大。此時(shí)輸出電壓為3/11/202430

結(jié)論：

三種工作方式中，全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。采用全橋（或雙臂半橋）還能實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償。++--UoR1R4UiR2R33、溫度補(bǔ)償：

采用雙臂半橋或全橋能實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償?shù)墓δ堋．?dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，橋臂上的應(yīng)變片溫度同時(shí)升高，溫度引起的電阻值漂移數(shù)值一致，代入式電橋平衡式，可以相互抵消，所以這兩種橋路具有溫度自補(bǔ)償功能。3/11/2024314、橋路的調(diào)零：

方法：

調(diào)節(jié)RP，最終可以使R1與（?RP＋R5）、R2與（?RP＋R5）的并聯(lián)結(jié)果之比R1

/R2

等于R4/R3，電橋趨于平衡，Uo被預(yù)調(diào)到零位。

R5減小調(diào)節(jié)范圍的限流電阻。調(diào)零的必要性：

實(shí)際使用中，R1、R2、R3、R4不可能嚴(yán)格成比例關(guān)系，所以即使在未受力時(shí)，橋路的輸出也不一定能嚴(yán)格為零，因此必須設(shè)置調(diào)零電路。++--UoR1R4UiR2R3R5Rp3/11/202432四、應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用

它可以測(cè)量應(yīng)變應(yīng)力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。電阻應(yīng)變片的應(yīng)用可分為兩大類：

第一類是將應(yīng)變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測(cè)量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成測(cè)量各種物理量的專用應(yīng)變式傳感器。應(yīng)變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體，傳感元件就是應(yīng)變片，測(cè)量轉(zhuǎn)換電路一般為橋路。第二類是將應(yīng)變片貼于被測(cè)試件上，然后將其接到應(yīng)變儀上就可直接從應(yīng)變儀上讀取被測(cè)試件的應(yīng)變量。

3/11/202433應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)用之一：各種懸臂梁測(cè)力

3/11/202434各種懸臂梁—測(cè)力FF固定點(diǎn)電纜3/11/202435應(yīng)變式力傳感器

F（a）雙孔梁（b）S形

雙孔梁受力時(shí)R1R2為正應(yīng)變R3R4為負(fù)應(yīng)變S型梁受力時(shí)R1R3為正應(yīng)變R2R4為負(fù)應(yīng)變3/11/2024362、應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)用之二—稱重

應(yīng)用式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2

R4受力時(shí)R1R3為正應(yīng)變R2R4為負(fù)應(yīng)變3/11/202437應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置FF3/11/2024383/11/202439荷重傳感器—汽車衡3/11/202440汽車衡稱重系統(tǒng)3/11/202441荷重傳感器計(jì)算

荷重傳感器的輸出電壓Uo的計(jì)算：生產(chǎn)廠家一般均給出荷重傳感器的靈敏度KF。設(shè)荷重傳感器的滿量程為Fm，橋路電壓為Ui，滿量程時(shí)的輸出電壓為Uom，則KF被定義為由于Uo往往是mV數(shù)量級(jí)，而Ui往往是V級(jí)（10V左右），所以荷重傳感器的靈敏度以mV/V為單位。

3/11/202442荷重傳感器計(jì)算

可得到在被測(cè)荷重為F時(shí)的輸出電壓Uo

當(dāng)KF為常數(shù)時(shí)，橋路所加的激勵(lì)源電壓Ui

越高，滿量程輸出電壓Uom也越高。3/11/202443

例：現(xiàn)用圖所示的荷重傳感器稱重。當(dāng)橋路電壓為6V時(shí)，測(cè)得橋路的輸出電壓為24mV，求被測(cè)荷重為多少噸。解：從圖所示的荷重傳感器銘牌上得Fm=100

103N，KF=2mV/V因得出Uom=24mV。則被測(cè)荷重

3/11/2024443/11/202445電子秤

磅秤超市打印秤遠(yuǎn)距離顯示3/11/202446電子天平電子天平的精度可達(dá)十萬分之一3/11/202447人體秤

3/11/202448吊鉤秤

便攜式3/11/2024493、應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)用之三—加度傳感器3/11/2024504、應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)用之四—變式數(shù)顯扭矩扳手

可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2~500N.m，耗電量≤10mA，有公制/英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動(dòng)斷電等功能。3/11/202451

利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)和集成電路工藝制成的傳感器，靈敏度相等，漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。

沒有可動(dòng)部分。同樣受拉為正應(yīng)變，受壓為負(fù)應(yīng)變。

內(nèi)部隔離、承壓膜片可以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜片隔離開來。

5、應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)用之五—壓阻式固態(tài)壓力傳感器3/11/202452壓阻式固態(tài)壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)信號(hào)處理電路3/11/202453小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口3/11/202454小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器呼吸、透析和注射泵設(shè)備中用的壓力傳感器p1進(jìn)氣管p2進(jìn)氣管固態(tài)壓力傳感器3/11/202455六、電阻應(yīng)變儀從應(yīng)變儀的用途靜態(tài)應(yīng)變儀動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀靜態(tài)應(yīng)變儀：用來測(cè)量不隨時(shí)間而變化或緩慢變化的靜態(tài)應(yīng)變，精度高，分辨率可達(dá)1um/mm動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀：用于動(dòng)態(tài)測(cè)量，工作頻率達(dá)0～20KHz，采用動(dòng)態(tài)特性、穩(wěn)定性、線性度好的放大器來放大橋路輸出的動(dòng)態(tài)電壓信號(hào)。隨著集成電路、數(shù)字顯示電路的不斷發(fā)展，能做到定時(shí)、定點(diǎn)切換，測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)修正、存儲(chǔ)、顯示和打印。配上適當(dāng)?shù)慕涌冢瑢?shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)。3/11/202456電阻應(yīng)變儀的工作原理：電阻應(yīng)變儀是利用電阻應(yīng)變片作為傳感元件來測(cè)量應(yīng)變的專用儀器，廣泛用于應(yīng)變、荷重、壓力等機(jī)械量的測(cè)量。電阻應(yīng)變片接入測(cè)量電橋，電橋有音頻振蕩器提供的0.4—10KHz激蕩信號(hào)供電，應(yīng)變片的電阻變化經(jīng)電橋后轉(zhuǎn)換成載波電壓的變化，其幅值較小需放大，放大后的電壓信號(hào)經(jīng)相敏檢波器解調(diào)，最后經(jīng)低通濾波器濾去殘余高頻和高次諧波，獲得放大的動(dòng)態(tài)應(yīng)變信號(hào)。3/11/202457電阻應(yīng)變儀接線端子3/11/202458應(yīng)變儀技術(shù)指標(biāo)：量程：1±10000με頻率范圍：0-150kHz平衡方式：手動(dòng)精度：0.3%零點(diǎn)飄移：/℃±0.1με、-/24小時(shí)：±0.5με靈敏度變化：

-/℃：±0.05%

-/24小時(shí)：±0.3%信噪比：52dB3/11/202459與計(jì)算機(jī)接口的多路電阻應(yīng)變測(cè)量模塊

3/11/202460本節(jié)課小結(jié)：

1、了解電位器式傳感器的原理、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路及應(yīng)用。

2、通過對(duì)應(yīng)變效應(yīng)、應(yīng)變片的分類、應(yīng)變片的性能指標(biāo)，對(duì)應(yīng)變式電阻傳感器有初步的認(rèn)識(shí)。

3、重點(diǎn)掌握應(yīng)變式電阻傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路—電橋電路的幾種連接方法的計(jì)算及調(diào)零。

4、通過舉例對(duì)幾種應(yīng)變式電阻式傳感器的功能學(xué)習(xí)，能夠?qū)?yīng)變式傳感器進(jìn)行更好地應(yīng)用

3/11/202461第二節(jié)測(cè)溫?zé)犭娮鑲鞲衅?/p>

測(cè)量溫度的方法有很多：本課程主要學(xué)習(xí)熱電阻以及熱電偶測(cè)量溫度，熱電偶傳感器將在第九章學(xué)習(xí)到，本次課學(xué)習(xí)測(cè)溫?zé)犭娮鑲鞲衅鳌犭娮柙诠I(yè)上被廣泛用來測(cè)量–200～+9600C范圍內(nèi)的溫度。熱電阻分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻。前者仍簡(jiǎn)稱熱電阻，后者的靈敏度比前者高十倍以上，又稱為熱敏電阻。3/11/202462一、金屬熱電阻1、金屬熱電阻的測(cè)量原理

熱電阻利用電阻隨溫度的升高而增大的特性。需要電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、測(cè)量溫度范圍寬、價(jià)格容易。目前工業(yè)常用銅熱電阻–50～+1500C、鉑熱電阻–200～+9600C。正溫度系數(shù)：溫度升高，電阻增大。用PTC表示。

負(fù)溫度系數(shù)：溫度升高，電阻減小。用NTC表示。測(cè)溫?zé)犭娮枥谜郎囟认禂?shù)的電阻制成。3/11/202463實(shí)驗(yàn)說明：

取一只100W/220V燈泡，用萬用表測(cè)量其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值卻為484

。

3/11/2024642、熱電阻的主要技術(shù)性能

表2-2熱電阻的主要技術(shù)性能材料鉑（WZP）銅（WZC）使用溫度范圍/℃-200～+960-50～+150電阻率/（

m

10-6）0.098～0.1060.0170～100℃間電阻溫度系數(shù)

（平均值）/℃-10.003850.00428化學(xué)穩(wěn)定性在氧化性介質(zhì)中較穩(wěn)定，不能在還原性介質(zhì)中使用尤其在高溫情況下超過100℃易氧化特性特性近于線性、性能穩(wěn)定準(zhǔn)確度高線性較好、價(jià)格低廉、體積大應(yīng)用適于較高溫度的測(cè)量，可作標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫裝置適于測(cè)量低溫、無水分無腐蝕性介質(zhì)的溫度3/11/202465

熱電阻的主要技術(shù)性能

ITS-90標(biāo)準(zhǔn)：國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的工業(yè)用鉑熱電阻在0℃時(shí)的阻值R0值有25Ω、100Ω等，分度號(hào)分別用Pt25、Pt100等表示。薄膜型鉑熱電阻有100Ω、1000Ω等數(shù)種。3、熱電阻的外形

薄膜型及普通型鉑熱電阻3/11/202466小型鉑熱電阻

3/11/202467汽車用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻3/11/2024684、學(xué)習(xí)查“熱電阻分度表”附錄鉑熱電阻分度表3/11/202469鉑電阻溫度顯示、變送器3/11/202470可設(shè)定溫度的溫度控制箱旋轉(zhuǎn)式機(jī)械設(shè)定開關(guān)

撥碼式設(shè)定開關(guān)3/11/2024715、熱電阻的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路1－連接電纜二線制單臂電橋測(cè)量電路3/11/202472熱電阻的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路二線制電橋測(cè)量電路的缺點(diǎn)：（1）引線的電阻將使原來已調(diào)好平衡的電橋失去了平衡，需重新調(diào)零。（2）在測(cè)量過程中，氣溫升高時(shí)，引線電纜受環(huán)境溫度影響，銅質(zhì)電纜線的電阻與熱電阻一樣，阻值也會(huì)升高，疊加在Rt的變化上，引起測(cè)量誤差，且無法糾正。3/11/202473四線制電橋測(cè)量電路的缺點(diǎn)：由于輸出電壓是直接從Rt兩端引出的，所以激勵(lì)電流Ii在r1a、r1b上的壓降就不被包括到Uo中，因此可以克服引線電阻的影響。四線制測(cè)量電路的缺點(diǎn)是：A/D轉(zhuǎn)換器得到的電壓中，本底電壓Uo0所占比例較大，而反映溫度變化的ΔUo相對(duì)較小，降低了系統(tǒng)的分辨力。3－恒流源3/11/202474熱電阻的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路三線制單臂電橋測(cè)量電路2－屏蔽層RP1－調(diào)零電位器RP2－調(diào)滿度電位器3/11/202475熱電阻的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路三線制電橋測(cè)量電路的特點(diǎn)：（1）三芯屏蔽線的作用熱電阻Rt用三根導(dǎo)線①、②、③引至測(cè)溫電橋。其中兩根引線的內(nèi)阻（r1、r4）分別串入測(cè)量電橋相鄰兩臂的R1、R4上，引線的長(zhǎng)度變化不影響電橋的平衡，所以可以避免因連接導(dǎo)線電阻受環(huán)境影響而引起的測(cè)量誤差。ri與激勵(lì)源Ei串聯(lián)，不影響電橋的平衡，可通過調(diào)節(jié)RP2來微調(diào)電橋的滿量程輸出電壓；采用三芯屏蔽線還可減小環(huán)境電、磁場(chǎng)的干擾。3/11/202476熱電阻的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路（2）電橋的調(diào)零電路作用為了盡量減小誤差，提高靈敏度，我們?nèi)2＝R3＝R4等于R1的初始值（100Ω）。由于元件的誤差等原因，安裝完成的電橋仍存在微小的不平衡，因此必須在電橋中加入一個(gè)調(diào)零電位器。RP1的阻值：應(yīng)大于橋臂電阻的50倍以上（例如10kΩ），以免影響電橋的線性度和靈敏度。3/11/202477熱電阻的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路（3）放大電路減法差動(dòng)放大電路：只對(duì)b、d兩點(diǎn)的輸入電壓之差Uo1＝Ud－Ub才有放大作用，疊加在Ud、Ub上的對(duì)地共模電壓將自動(dòng)抵消，基本不會(huì)在放大器的輸出電壓Uo2中反映出來。放大倍數(shù)：K＝Rf

/R

11。選擇低溫漂運(yùn)算放大器OP-07，它的共模抑制比可達(dá)80dB以上。

（4)Cf、C2容量對(duì)電路的影響：數(shù)值越大，對(duì)交流干擾的濾波效果越好，但放大器的響應(yīng)速度就越慢

3/11/202478二、熱敏電阻

1、概述

熱敏電阻有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）和正溫度系數(shù)（PTC）之分。NTC又可分為兩大類：第一類用于測(cè)量溫度，它的電阻值與溫度之間呈嚴(yán)格的負(fù)指數(shù)關(guān)系；第二類為突變型（CTR）。當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí)，其電阻值突然下降。3/11/2024792、熱敏電阻的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)

a）圓片型熱敏電阻b）柱型熱敏電阻c）珠型熱敏電阻d）鎧裝型e）厚膜型f）圖形符號(hào)1—熱敏電阻2—玻璃外殼3—引出線4—紫銅外殼5—傳熱安裝孔

3/11/202480熱敏電阻外形

MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻

玻璃封裝

NTC熱敏電阻3/11/202481熱敏電阻外形帶安裝孔的熱敏電阻大功率PTC熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻3/11/202482熱敏電阻外形

貼片式NTC熱敏電阻

MF58型（珠形）高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻3/11/202483非標(biāo)熱敏電阻3/11/2024843、熱敏電阻的應(yīng)用之一——測(cè)溫

熱敏電阻用來測(cè)溫的熱敏電阻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，阻值較大，連接導(dǎo)線和接觸電阻忽略不計(jì)，可以再長(zhǎng)達(dá)幾千米的遠(yuǎn)距離測(cè)溫使用。3/11/202485熱敏電阻體溫表

3/11/202486熱敏電阻的應(yīng)用體溫表的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路

a)橋式電路

b)調(diào)頻式電路

1—線性PTC熱敏電阻

2—指針式顯示器

3—調(diào)零電位器

4—調(diào)滿度電位器調(diào)試時(shí)：必須先調(diào)零RP1再調(diào)滿度RP23/11/202487熱敏電阻應(yīng)用之二——溫度補(bǔ)償

在動(dòng)圈式儀表在動(dòng)圈回路串入由負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，從而抵消由動(dòng)圈電阻因溫度升高阻值增高而引起的誤差。圖中Rt2即為此作用。

1—熱電偶2—補(bǔ)償導(dǎo)線3—冷端補(bǔ)償器4—外接調(diào)整電阻5—銅導(dǎo)線6—?jiǎng)尤?—張絲8—磁鋼（極靴）9—指針10—刻度面板

3/11/202488熱敏電阻應(yīng)用之三—用于電熱水器的溫度控制

Rt應(yīng)選用NTC）型。溫度升高時(shí)，Rt應(yīng)的阻值驟降，電路電流增大，繼電器KA得電常閉觸點(diǎn)斷開，從而切斷電路，VD為續(xù)流二極管防止繼電器誤動(dòng)作。3/11/202489第三節(jié)氣敏電阻

使用氣敏電阻傳感器（以下簡(jiǎn)稱氣敏電阻），可以把某種氣體的成分、濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成電阻變化量，再轉(zhuǎn)換為電流、電壓信號(hào)。

氣敏電阻品種繁多，主要有可測(cè)量還原性氣體和測(cè)量氧氣濃度的兩大類。

概述3/11/2024901、測(cè)量還原性氣體傳感器的工作原理。所謂還原性氣體就是200～3000C時(shí)在化學(xué)反應(yīng)中能給出電子氣體。還原性氣體多數(shù)屬于可燃性氣體，例如石油蒸氣、酒精蒸氣、甲烷、乙烷、煤氣、天然氣、氫氣等。測(cè)量還原性氣體的氣敏電阻一般是用SnO2、ZnO或Fe2O3等金屬氧化物粉料添加少量鉑催化劑、激活劑及其它添加劑，按一定比例燒結(jié)而成的半導(dǎo)體器件。當(dāng)還原性氣體釋放電子吸附到氣敏電阻表面，使氣敏電阻電阻率下降，電阻減小。

一、還原性氣體傳感器

3/11/2024912、MQN型氣敏電阻符號(hào)、結(jié)構(gòu)、及測(cè)量電路氣敏電阻元件符號(hào)

MQN型氣敏半導(dǎo)體器件是由塑料底座、電極引線、不銹鋼網(wǎng)罩、氣敏燒結(jié)體以及包裹在燒結(jié)體中的兩組鉑絲組成。一組鉑絲為工作電極，另一組（下圖中的左邊鉑絲）為加熱電極兼工作電極。氣敏電阻工作時(shí)必須加熱到200

300℃，其目的是加速被測(cè)氣體的化學(xué)吸附和電離的過程并燒去氣敏電阻表面的污物（起清潔作用）。3/11/202492MQN型氣敏電阻結(jié)構(gòu)及測(cè)量電路1—引腳2—塑料底座3—燒結(jié)體4—不銹鋼網(wǎng)罩5—加熱電極6—工作電極7—加熱回路電源8—測(cè)量回路電源3/11/2024933、氣敏半導(dǎo)體的靈敏度特性曲線較高，被測(cè)氣體的濃度較低時(shí)已有較大的阻值變化，濃度變大時(shí)，阻值變化不明顯，有較大的非線性。這種特性較適用于氣體的微量測(cè)量，例如管道氣體漏檢、煤氣觀察右圖這些曲線，這些曲線的特點(diǎn)是靈敏度報(bào)警器、酒精測(cè)試儀。3/11/2024944、氣敏電阻外形及應(yīng)用

酒精傳感器

可燃性氣體傳感器3/11/202495酒精測(cè)試儀呼氣管3/11/202496防酒后駕駛的汽車點(diǎn)火電路（選學(xué)）3/11/202497無酒精時(shí)，S閉合，氣敏電阻高，Ua高Uo低，定時(shí)器輸出高，J2釋放，J1閉合，點(diǎn)火；有酒精時(shí)，氣敏電阻下降，Ua低Uo高，定時(shí)器輸出低，J2吸合，J2-1斷開，不啟動(dòng)；若司機(jī)拔出氣敏傳感器，J1斷電J1-1斷開無法啟動(dòng)。J1-2氣敏元件加熱回路。繼電器J1-1、J1-2常開接點(diǎn)，J2-1常閉接點(diǎn)，

J2-2常接VD1（綠燈），VD2（紅燈）。防酒后駕駛的汽車點(diǎn)火電路原理3/11/202498

家庭用煤氣報(bào)警器有兩種：一種只是報(bào)警。體積約為125*75*100一種是可以報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉氣閥。3/11/202499一氧化碳傳感器甲烷傳感器3/11/2024100二、二氧化鈦氧濃度傳感器1、二氧化鈦氧濃度傳感器的工作原理：

半導(dǎo)體材料二氧化鈦（TiO2），對(duì)氧氣十分敏感。其電阻值的大小取決于周圍環(huán)境的氧氣濃度。當(dāng)周圍氧氣濃度較大時(shí)，其電阻率增大，使其電阻值增大。

3/11/20241012、TiO2氧濃度傳感器結(jié)構(gòu)及測(cè)量轉(zhuǎn)換電路a）結(jié)構(gòu)b）測(cè)量轉(zhuǎn)換電路

1－外殼（接地）2－安裝螺栓3－搭鐵線4－保護(hù)管

5—補(bǔ)償電阻6－陶瓷片7－TiO2氧敏電阻8－進(jìn)氣口9－引腳

3/11/2024102

前圖是用于汽車或燃燒爐排放氣體中的氧濃度傳感器結(jié)構(gòu)圖及測(cè)量轉(zhuǎn)換電路。二氧化鈦氣敏電阻與補(bǔ)償熱敏電阻同處于陶瓷絕緣體的末端。當(dāng)氧氣含量減小時(shí)，RTiO2的阻值減小，Uo增大。在b中，與TiO2氣敏電阻串聯(lián)的熱敏電阻Rt

起溫度補(bǔ)償作用。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，TiO2氣敏電阻的阻值會(huì)逐漸減小，只要Rt也以同樣的比例減小，根據(jù)分壓比定律，Uo不受溫度影響，減小了測(cè)量誤差。

3/11/20241033、TiO2氧濃度傳感器的應(yīng)用之一汽車尾氣分析可