《檢測(cè)與傳感技術(shù)》課件-項(xiàng)目2 電阻式傳感器及應(yīng)用

鐵道機(jī)車專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)檢測(cè)與傳感技術(shù)任務(wù)2.1電阻應(yīng)變片傳感器任務(wù)2.2電位器式傳感器任務(wù)2.3熱電阻式傳感器項(xiàng)目2電阻式傳感器及應(yīng)用2.1電阻應(yīng)變片傳感器

電阻式傳感器電阻式傳感器是一種能把非電量（如力、壓力、位移、濕度等）轉(zhuǎn)換成與之有對(duì)應(yīng)關(guān)系的電阻值，再經(jīng)過(guò)測(cè)量電橋把電阻值轉(zhuǎn)換成便于傳送和記錄的電壓（電流）信號(hào)的裝置。電阻式傳感器的種類很多，主要有電阻應(yīng)變式、電位器式、熱電阻式、氣敏、濕敏等類型。應(yīng)力和應(yīng)變工程上將單位截面積（S)上的內(nèi)力（N）稱為應(yīng)力（σ）。將單位長(zhǎng)度的變形稱為相對(duì)變形或應(yīng)變（ε）。應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系:（在彈性范圍內(nèi)成正比）

σ表示應(yīng)力，ε表示應(yīng)變。應(yīng)力：?jiǎn)挝唤孛娣e上所受的內(nèi)力（牛頓/米2)應(yīng)變：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的變形(米)σ和ε之間存在正比例關(guān)系

(系數(shù)E，稱為材料的彈性模量)應(yīng)力和應(yīng)變導(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)。應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變或應(yīng)力時(shí)，是將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)對(duì)象上的。在外力作用下，被測(cè)對(duì)象表面產(chǎn)生微小機(jī)械變形，粘貼在其表面上的應(yīng)變片亦隨其發(fā)生相同的變化，因此應(yīng)變片的電阻也發(fā)生相應(yīng)的變化。根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可以得到應(yīng)力值σ。應(yīng)變?cè)硌菔?/p>

把金屬絲拉長(zhǎng)，萬(wàn)用表所測(cè)的電阻值有什么變化？實(shí)驗(yàn)應(yīng)變片的工作原理

1－拉伸前2－拉伸后電阻絲受拉后，長(zhǎng)度增加，直徑（半徑）變小，電阻變大。L為長(zhǎng)度，r為截面半徑，電阻率為ρ

應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)

1－引出線2－覆蓋層3－基底4－電阻絲l：應(yīng)變片的工作基長(zhǎng)，b：應(yīng)變片基寬，b×l：應(yīng)變片的有效使用面積。應(yīng)變片的分類

應(yīng)變片可分為金屬應(yīng)變片及半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。前者可分成金屬絲式、箔式、薄膜式等。

a）金屬絲式b）金屬箔式c）金屬箔式外形d）半導(dǎo)體應(yīng)變片1－電阻絲2－金屬箔3－半導(dǎo)體4－基片5－引腳6－定位標(biāo)記7－金絲金屬絲式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)金屬絲式與箔式應(yīng)變片的區(qū)別金屬絲式應(yīng)變片蠕變（固體材料在保持應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)變隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象）較大，金屬絲易脫膠，逐漸被箔式所取代。但金屬絲式應(yīng)變片價(jià)格便宜，多用于大批量、一次性試驗(yàn)。箔式應(yīng)變片中的箔柵是金屬箔通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的。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，目前廣泛用于電子秤等各種應(yīng)變式傳感器中。焊接溫度250℃不同測(cè)量方向的金屬箔式應(yīng)變片圖形半導(dǎo)體應(yīng)變片以半導(dǎo)體材料（N型和P型硅）為基底，利用擴(kuò)散、外延和薄膜工藝制成的。主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度比金屬應(yīng)變片高很多。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)，需采用半橋、全橋溫度補(bǔ)償及非線性補(bǔ)償措施。某系列應(yīng)變片主要性能指標(biāo)上表中，哪幾個(gè)型號(hào)是半導(dǎo)體應(yīng)變片？依據(jù)是什么？？應(yīng)變片的粘貼方法

1）檢查阻值2）在選定貼應(yīng)變片的位置劃出十字線

3）再用細(xì)砂紙精磨（45度交叉紋）

4）用棉紗或脫脂棉花沾丙酮清潔結(jié)構(gòu)表面，擦幾遍后，不可再用手接觸表面。

5）用透明膠帶將應(yīng)變片與構(gòu)件在引腳處臨時(shí)固定，移動(dòng)膠帶位置使應(yīng)變片達(dá)到正確定位。

6）在應(yīng)變片的反面涂上一滴快干膠水，視應(yīng)變片面積而定，膠水量不宜過(guò)多。7）將塑料薄膜蓋在應(yīng)變片上，用大拇指按壓擠出多余膠水,按壓時(shí)間一般1分鐘，室溫低時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)。

8）為了使膠水可靠固化，可用電吹風(fēng)微加熱處理（注意距離和均勻），用萬(wàn)用表測(cè)量應(yīng)變片絕緣電阻值，應(yīng)大于20MΩ。9）將應(yīng)變片引線焊接在接線片上，焊點(diǎn)要光滑牢固。引線不能繃緊，需形成弧線與接線片相連。

10）將連接應(yīng)變儀的導(dǎo)線焊接在接線片上（焊接時(shí)間盡量短）,把導(dǎo)線用絕緣膠帶固定在構(gòu)件上，再一次檢查應(yīng)變片質(zhì)量。

11）在應(yīng)變片周圍涂上軟硅膠(防潮、防損傷）。

12）硅膠固化后,應(yīng)變片粘貼工作完畢。但要再次檢查應(yīng)變片的阻值和絕緣情況。

13）固定粘貼、焊接后，用膠布將引線和被測(cè)對(duì)象固定在一起，防止拉動(dòng)引線和應(yīng)變片。測(cè)量轉(zhuǎn)換電路

金屬應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測(cè)量其電阻值的變化將十分困難，且誤差很大。例：金屬箔式應(yīng)變片的標(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

。所以必須使用非平衡電橋來(lái)測(cè)量這一微小的變化量，將R/R轉(zhuǎn)換為輸出電壓Uo。

非平衡電橋的結(jié)構(gòu)非平衡電橋由四個(gè)電阻R1、R2、R3、R4組成一個(gè)四邊形的回路，每一邊稱作電橋的“橋臂”。有4個(gè)結(jié)點(diǎn)a、b、c、d。在a、c結(jié)點(diǎn)之間接入電源Ui，而另一對(duì)結(jié)點(diǎn)（b、d）之間的電壓差作為輸出電壓Uo端。b、d點(diǎn)對(duì)負(fù)極（a點(diǎn)）的電壓相等時(shí)稱作“電橋平衡”；反之，b、d兩點(diǎn)電位差不為零時(shí)稱作“電橋不平衡”。非平衡電橋的輸出電壓

若橋路的4個(gè)橋臂相鄰電阻的電阻值變化趨勢(shì)相同，橋路的輸出電壓為零。若相鄰電阻的電阻值變化趨勢(shì)相反，橋路就產(chǎn)生輸出電壓：電橋平衡的條件(R1/R2=R4/R3或R1?R3=R4?R2)4個(gè)橋路電阻的比例通常不可能完全相同,因此必須設(shè)置“調(diào)零電位器”RP,調(diào)節(jié)RP,最終可以使R1

?R3=R2

?R4（R1

、R2

是R1、R2并聯(lián)RP后的等效電阻），電橋趨于平衡，Uo被預(yù)調(diào)到零位，這一過(guò)程稱為調(diào)零。圖中的R5的作用是減小調(diào)節(jié)范圍，也稱限流電阻。非平衡電橋可以分為單臂、雙臂、全橋單臂半橋:四個(gè)橋臂中，只有一個(gè)電阻的電阻可變，R1為應(yīng)變片，R2、R3、R4為固定電阻（低溫漂的錳合金電阻）橋路的輸出電壓為：?jiǎn)伪垭姌蚴疽鈭D電橋放大電路（差動(dòng)減法電路）.雙臂半橋R1、R2為應(yīng)變片，R3、R4為固定電阻（低溫漂的錳合金電阻）。應(yīng)變片R1、R2感受到的應(yīng)變

1、

2相反，產(chǎn)生的電阻增量正負(fù)號(hào)相反，可以使輸出電壓Uo成倍地增大：四臂全橋全橋的四個(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。輸出電壓：?jiǎn)伪?、雙臂半橋、全橋工作方式中，哪一種靈敏度最高?哪一種靈敏度最低?？應(yīng)變片的溫度誤差及其補(bǔ)償

溫度誤差因環(huán)境溫度改變而引起電阻變化的兩個(gè)主要因素是：1.應(yīng)變片的電阻絲具有一定的溫度系數(shù)；即敏感柵的電阻絲本身的阻值會(huì)隨溫度發(fā)生變化。應(yīng)變片的溫度誤差及其補(bǔ)償

2.電阻絲材料與測(cè)試材料的線膨脹系數(shù)不同。當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時(shí)：環(huán)境溫度變化不會(huì)產(chǎn)生附加變形。當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時(shí)：環(huán)境溫度變化，電阻絲會(huì)產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。溫度補(bǔ)償方法電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法通常有線路補(bǔ)償和應(yīng)變片自補(bǔ)償兩大類。1)線路補(bǔ)償法

電橋補(bǔ)償是最常用且效果較好的線路補(bǔ)償。電橋補(bǔ)償法電路分析A為由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。由上式可知，當(dāng)R3和R4為常數(shù)時(shí)，R1和RB對(duì)電橋輸出電壓Uo的作用方向相反。利用這一基本關(guān)系可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的補(bǔ)償。故補(bǔ)償片應(yīng)與應(yīng)變片完全相同：包括材料、相同的溫度場(chǎng)合、以及接入在電橋的相鄰橋臂。應(yīng)變片的自補(bǔ)償法利用自身具有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)變片來(lái)補(bǔ)償。由溫度變化形成的總電阻變化為電阻的相對(duì)變化量為要實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償，必須有上式表明，當(dāng)被測(cè)試件的線膨脹系數(shù)βg已知時(shí)，如果合理選擇敏感柵材料，即其電阻溫度系數(shù)α、靈敏系數(shù)K0以及線膨脹系數(shù)βe，滿足上式，則不論溫度如何變化，均有ΔRt/R0=0，從而達(dá)到溫度自補(bǔ)償?shù)哪康?。?yīng)變片的自補(bǔ)償法自補(bǔ)償應(yīng)變片的特點(diǎn)：制造簡(jiǎn)單，成本較低。但必須用在特定的構(gòu)件材料上，不同的材料試件必須使用不同的應(yīng)變片（導(dǎo)致了其并不通用）。電阻應(yīng)變片的應(yīng)用：

電子秤磅秤超市打印秤人體秤電子人體秤中，四個(gè)角都裝了電阻應(yīng)變片，四角接成全橋，由單片機(jī)測(cè)量橋路電壓，并換算出被稱量的體重。吊鉤秤便攜式應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及受力變形演示案秤的原理框圖應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置FFF激光焊接全密封荷重傳感器原理演示貼在荷重傳感器表面的應(yīng)變片在向下力的作用下，產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長(zhǎng)。應(yīng)變式加速度傳感器

L應(yīng)變片質(zhì)量塊m彈簧片外殼基座a在加速度變化時(shí)，質(zhì)量塊受力F=ma。梁產(chǎn)生變形，質(zhì)量一定，梁的變形（基應(yīng)變片變形）正比于加速度。從而通過(guò)應(yīng)變測(cè)得加速度。應(yīng)變式加速度傳感器

習(xí)題1如圖所示，設(shè)負(fù)載電阻為無(wú)窮大（開(kāi)路），E=6V，R1=R2=R3=R4=100Ω。

①R1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)R1的增量為△R1=1.0Ω時(shí)，試求電橋的輸出電壓Uo。

②R1，R2都是應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，試求電橋的輸出電壓Uo。

③R1，R2都是應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感應(yīng)應(yīng)變的大小為△R1=△R2=1.0Ω，但極性相反，其余為外接電阻，試求電橋的輸出電壓Uo。解答電位器式傳感器是一種把機(jī)械的線位移或角位移輸入量轉(zhuǎn)換為與它成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出的傳感元件。2.2電位器式傳感器

電位器

位移信號(hào)電信號(hào)轉(zhuǎn)換元件（線位移或角位移）位移常見(jiàn)的有電視機(jī)、復(fù)讀機(jī)、收音機(jī)音量調(diào)節(jié)器。電位器式傳感器電位器式傳感器

電位器式傳感器—分類電位器式傳感器按材料形式電位器結(jié)構(gòu)形式線繞式按特性線性電位器非線性電位器金屬膜電位器光電式電位器…薄膜電位器通常有兩種：一種是碳膜電位器，另一種是金屬膜電位器。碳膜電位器是在絕緣骨架表面噴涂一層均勻的電阻液，經(jīng)烘干聚合制成電阻。電阻液由石墨、碳膜、樹(shù)脂材料配合而成。金屬膜電位器是在絕緣基體上用高溫蒸鍍或電鍍方法，涂上一層金屬膜而制成。金屬膜為合金鍺銠、鉑銅、鉑銠錳等。薄膜電位器由塑料粉和導(dǎo)電材料（合金、石墨、碳黑等）壓制而成，它又稱為實(shí)心電位器。該電位器耐磨性較好、壽命長(zhǎng)、電刷容許的接觸壓力較大，適用于振動(dòng)、沖擊等惡劣工作環(huán)境，能承受較大功率。但溫度影響較大，接觸電阻大，精度不高。導(dǎo)電塑料電位器光電電位器主要由電阻體、光電導(dǎo)層和導(dǎo)電電極等組成。1-光電導(dǎo)層；2-基體；3-薄膜電阻帶；4-電刷窄光束；5-光電極當(dāng)無(wú)光照射時(shí)，因光電導(dǎo)材料暗電阻極大，電阻帶3與光電極5之間可視為斷路。當(dāng)窄光束4（電刷）照射在窄間隙上時(shí)，電阻帶3與光電極5接通，這樣在外電源E的作用下，負(fù)載電阻上輸出的電壓隨著光束（電刷）移動(dòng)而變化。是一種非接觸式電位器，用光束代替電刷。具有耐磨性好，精度、分辨率高，壽命長(zhǎng)（可達(dá)億萬(wàn)次循環(huán)）、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。光電電位器的制作過(guò)程是：先在基體上沉積一層硫化鎘或硒化鎘的光導(dǎo)電層，然后在光導(dǎo)電層上再沉積一條電阻體和一條導(dǎo)電電極。在電阻體和導(dǎo)電電極之間留有一個(gè)狹窄的間隙。平時(shí)無(wú)光照時(shí)，電阻體和導(dǎo)電電極之間由于光電導(dǎo)層阻值很大而呈絕緣狀態(tài)。當(dāng)光束照射部位和導(dǎo)電電極導(dǎo)通，于是光電電位器的輸出端便有電壓輸出，輸出電壓的大小與光束位移照射到的位置有關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了將光束位移換為電壓輸出，輸出電壓的大小與光束位移照射到的位置有關(guān)，即實(shí)現(xiàn)了將光束位移換為電壓信號(hào)輸出。1-光電導(dǎo)層；2-基體；3-薄膜電阻帶；4-電刷窄光束；5-光電極光電電位器線性電位器如果在電位器A、B之間加上電壓Umax為：空載特性其理想空載特性曲線具有嚴(yán)格的線性關(guān)系。電位器式位移傳感器原理圖如果在電位器A、B之間加上電壓Umax為：電位器式角度傳感器線性電位器線性電位器由上可見(jiàn)，電位器的輸出信號(hào)均與電刷的位移量成比例，實(shí)現(xiàn)了位移與輸出電信號(hào)的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系。因此，這類傳感器可用于測(cè)量機(jī)械位移量，或可測(cè)已轉(zhuǎn)換成位移量的其它物理量（如壓力、振動(dòng)加速度等）。這種類型傳感器特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，輸出信號(hào)大，一般不需放大，但是，它的缺點(diǎn)是要求輸入能量大，電刷與電阻元件之間容易磨損。電位器式傳感器—結(jié)構(gòu)與材料電位器通常都是由骨架、電阻元件及活動(dòng)電刷組成。常用的線繞式電位器的電阻元件由金屬電阻絲繞成。常見(jiàn)電刷結(jié)構(gòu)電位器由電阻元件包括電阻絲（或電阻薄膜）、骨架和活動(dòng)電刷組成1、電阻絲：要求電阻系數(shù)高、溫度系數(shù)小、強(qiáng)度高、延展性好；常用康銅絲、鉑銥合金等；2、骨架與基體：形狀應(yīng)穩(wěn)定，表面絕緣電阻高，并有較好的散熱能力。常用材料有陶瓷、酚醛樹(shù)脂、工程塑料和經(jīng)過(guò)絕緣處理的鋁合金；3、電刷：電刷是電位器中關(guān)鍵零件之一，一般用貴金屬材料或金屬薄片制成。金屬絲直徑約0.1～0.2mm，電刷頭部應(yīng)彎成弧形，以防接觸面過(guò)大而磨損。電刷要有一定的彈性，以保證與電阻體可靠接觸，另外抗蝕性好、抗拉強(qiáng)度高、容易焊接，且熔點(diǎn)高。電位器的結(jié)構(gòu)與材料最大阻值和最小阻值：指電位器阻值變化的最大值和最小值。電阻值變化規(guī)律：指電位器阻值變化的規(guī)律，如直線式、對(duì)數(shù)式、指數(shù)式。線性電位器的線性度：指阻值直線式變化的電位器的非線性誤差?；瑒?dòng)噪聲：電刷滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)接觸點(diǎn)打火產(chǎn)生的噪聲電壓的大小。壽命電位器式傳感器的性能參數(shù)電位器式傳感器的優(yōu)點(diǎn):(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、重量輕、價(jià)格低廉且性能穩(wěn)定；(2)受環(huán)境因素(如溫度、濕度、電磁場(chǎng)干擾等)影響?。?3)可以實(shí)現(xiàn)輸出—輸入間任意函數(shù)關(guān)系；(4)輸出信號(hào)大，一般不需放大。電位器式傳感器的缺點(diǎn):（1）因?yàn)榇嬖陔娝⑴c線圈或電阻膜之間摩擦，故需要較大的輸入能量；（2）由于磨損不僅影響使用壽命和降低可靠性，而且會(huì)降低測(cè)量精度，分辨力較低；（3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，適合于測(cè)量變化較緩慢的量。電位器式傳感器的性能電位器式傳感器—應(yīng)用電位器式傳感器常用來(lái)測(cè)量位移、壓力、加速度等參量。被測(cè)位移使測(cè)量軸沿導(dǎo)軌軸向移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)電刷在滑線電阻上產(chǎn)生相同的位移，從而改變電位器的輸出電阻。下圖是電位器式位移傳感器的結(jié)構(gòu)圖。傳感器的轉(zhuǎn)軸與被測(cè)角度轉(zhuǎn)軸相連，電刷在電位器上轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角位移時(shí)，在檢測(cè)輸出端有一個(gè)與轉(zhuǎn)角成比例的電壓輸出。電位器式傳感器—應(yīng)用電位器式壓力傳感器當(dāng)被測(cè)流體通入彈性敏感元件膜盒的內(nèi)腔時(shí)，在流體壓力作用下，膜盒硬中心產(chǎn)生彈性位移，推動(dòng)連桿上移，使曲柄軸帶動(dòng)電位器的電刷在電阻體上滑動(dòng)，輸出與被測(cè)壓力成正比的電壓信號(hào)。電位器式傳感器—應(yīng)用電位器式加速度傳感器慣性敏感元件在被測(cè)加速度的作用下，使片狀彈簧產(chǎn)生正比于被測(cè)加速度的位移，從而引起電刷在電阻體上下滑動(dòng)，輸出與加速度成比例的電壓信號(hào)。電位器式傳感器—應(yīng)用航空飛行高度傳感器電位器式傳感器—應(yīng)用感受大氣壓力，通過(guò)真空膜盒的變形來(lái)帶動(dòng)指針來(lái)指示高度。習(xí)題繞線電位器式傳感器線圈電阻為10KΩ，電刷的最大行程為4mm，若允許最大消耗功率為40mW，傳感器所用激勵(lì)電壓為允許的最大激勵(lì)電壓。試求當(dāng)輸入位移量為1.2mm時(shí)，輸出電壓為多少？

低溫高溫溫度測(cè)量的基本概念溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子（或原子）無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子（或原子）的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。模擬圖：在一個(gè)密閉的空間里，氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！溫度從微觀上看，是物體分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能大小的標(biāo)志。2.3熱電阻式傳感器測(cè)溫傳感器分類按測(cè)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(jì)溫度傳感器的種類及特點(diǎn)

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(cè)物體接觸進(jìn)行溫度測(cè)量，由于被測(cè)物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測(cè)物體溫度，因此采用這種方式要測(cè)得物體的真實(shí)溫度的前提條件是被測(cè)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(cè)物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測(cè)量物體的溫度，可進(jìn)行遙測(cè)。其制造成本較高，測(cè)量準(zhǔn)確度較低。優(yōu)點(diǎn)：不從被測(cè)物體上吸收熱量；不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)。物理現(xiàn)象

體積熱膨脹

電阻變化溫差電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì)顏色P–N結(jié)電動(dòng)勢(shì)晶體管特性變化晶閘管動(dòng)作點(diǎn)變化熱、光輻射種類鉑測(cè)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(jì)示溫涂料液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器熱敏晶閘管輻射溫度傳感器光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)2.玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)4.雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)6.氣體壓力溫度計(jì)1．

熱鐵氧體2．

Fe-Ni-Cu合金溫度測(cè)量及傳感器分類溫度傳感器的種類及特點(diǎn)所利用的物理現(xiàn)象傳感器類型測(cè)溫范圍/℃特點(diǎn)體積熱膨脹氣體膨脹溫度計(jì)液體壓力溫度計(jì)玻璃水銀溫度計(jì)雙金屬片溫度計(jì)-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(dòng)勢(shì)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(biāo)準(zhǔn)化程度高，品種多；須進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償電阻的變化鉑熱電阻熱敏電阻-200～900-50～300標(biāo)準(zhǔn)化程度高；但需要接入橋路才能得到電壓輸出PN結(jié)結(jié)電壓硅半導(dǎo)體二極管（半導(dǎo)體集成溫度傳感器）-50~150體積小，線性好，-2mV/℃；但測(cè)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(zhǔn)確度低光輻射熱輻射紅外輻射溫度計(jì)光學(xué)高溫溫度計(jì)熱釋電溫度計(jì)-50～1500500～30000～1000非接觸式測(cè)量，反應(yīng)快；但易受環(huán)境及被測(cè)體表面狀態(tài)影響體積熱膨脹式不需要電源，壽命長(zhǎng)；但感溫部件體積較大，只能抵近測(cè)量。

氣體的體積與熱力學(xué)溫度成正比紅外溫度計(jì)溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)溫標(biāo)規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點(diǎn)（即零點(diǎn)）以及溫度的單位。各類溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。國(guó)際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。華氏、攝氏、開(kāi)氏溫度比較發(fā)展階段：華氏溫標(biāo)→攝氏溫標(biāo)→開(kāi)氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的換算關(guān)系是：

例：攝氏溫度為20℃時(shí)，華氏溫度為32+36=68℉溫標(biāo)的發(fā)展目前推行的是1990年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)ITS-90：熱力學(xué)溫度用符號(hào)T90表示,單位為開(kāi)爾文，符號(hào)為K。攝氏溫度的符號(hào)為t90，單位是攝氏度，符號(hào)為℃。T90和t90的關(guān)系為：t90=T90-273.15，或t/℃=T/K-273.15例如:攝氏溫度為0℃時(shí)，開(kāi)爾文溫度為273.15K。溫標(biāo)的發(fā)展幾種溫標(biāo)的對(duì)比正常體溫為37℃，相當(dāng)于華氏溫度多少度？熱力學(xué)溫標(biāo)（K）熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)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(chǔ)上的最科學(xué)的溫標(biāo)，是由開(kāi)爾文（Kelvin）根據(jù)熱力學(xué)定律提來(lái)的，因此又稱開(kāi)氏溫標(biāo)。它的符號(hào)是T，單位是開(kāi)爾文（K）。威廉·湯姆遜·開(kāi)爾文認(rèn)識(shí)鉑熱電阻金屬熱電阻的正溫度系數(shù)溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動(dòng)加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)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(shì)相同。

測(cè)溫?zé)犭娮杩煞譃榻饘俸桶雽?dǎo)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(wàn)用表測(cè)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(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484Ω。請(qǐng)說(shuō)明鎢絲的溫度系數(shù)的正負(fù)。超導(dǎo)現(xiàn)象1911年，荷蘭物理學(xué)家昂內(nèi)斯（KamerlinghOnnes）在用液氦將汞的溫度降到4.2K時(shí)，發(fā)現(xiàn)汞的電阻降為零。昂內(nèi)斯將這種現(xiàn)象稱為物質(zhì)的超導(dǎo)性。昂內(nèi)斯和其他科學(xué)家又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了其他一些金屬也是超導(dǎo)體。昂內(nèi)斯因?yàn)檫@項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)而獲得1913年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。超導(dǎo)磁懸浮易提純、復(fù)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(diǎn)。金屬熱電阻材料的主要技術(shù)性能

熱電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系表達(dá)式Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3+Dt4)Rt—熱電阻在t時(shí)的電阻值R0—熱電阻在0℃時(shí)的電阻值A(chǔ)、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(guān)系。在規(guī)定的測(cè)溫范圍內(nèi)，根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)（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(shí)也可以利用溫度系數(shù)α來(lái)近似計(jì)算熱電阻的阻值Rt。即：Rt=R0(1+αt）鉑熱電阻的結(jié)構(gòu)圖電阻絲在支架上繞制，由玻璃或陶瓷作外保護(hù)層，防止有害氣體腐蝕和氧化。繞制中采用中間對(duì)折雙繞方式，避免感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。裝配式鉑熱電阻

0℃時(shí)的電阻為100Ω接線盒薄膜式鉑熱電阻

Pt1000薄膜熱電阻在0℃時(shí)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(jìn)行光刻和阻值的微調(diào),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(yīng)時(shí)間只需幾秒。小型鉑熱電阻

防爆式鉑熱電阻

堅(jiān)實(shí)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(dá)百米）5－測(cè)溫端部端面式熱電阻及其在測(cè)溫端面的安裝螺紋深入到被測(cè)物內(nèi)部，能更快速地反映被測(cè)物的實(shí)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(nèi)引線是熱電阻出廠時(shí)自備的引線，其功能是使感溫元件與外部測(cè)量及控制裝置相連接。熱電阻的測(cè)量電路通常采用不平衡電橋來(lái)轉(zhuǎn)換。熱電阻在工業(yè)測(cè)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(diào)零在0℃的情況下進(jìn)行。熱電阻Rt被安裝在測(cè)溫點(diǎn)上,然后用連接導(dǎo)線連接到電橋的接線端子上。引線電阻r1a、r1b及其隨長(zhǎng)度和溫度的變化將引起測(cè)量誤差。四線制接法恒流源Ii的恒定激勵(lì)電流流過(guò)Rt，在Rt上產(chǎn)生降壓Uo=IiRt。輸出電壓Uo的變化量ΔUo與被測(cè)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(dǎo)線截面積和長(zhǎng)度均相同(即r1=r2=r3)，測(cè)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(gè)橋臂電阻，將導(dǎo)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(duì)測(cè)量結(jié)果沒(méi)有任何影響。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。半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻分類：負(fù)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(yán)格的負(fù)指數(shù)關(guān)系，因此可用于測(cè)量溫度：e是自然對(duì)數(shù)的底，e≈2.718.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，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(shí),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(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化?，F(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。