热电阻温度传感器.doc

热电阻温度传感器 第4讲热电阻式温度传感器讲热电阻式温度传感器Thermal ResistiveSensors传感器与检测技术传感器与检测技术目录?单击添加文字内容?单击添加文字内容2传感器与检测技术?单击添加文字内容传感器与检测技术3传感器与检测技术热电阻传感器与检测技术2.3.1金属热电阻热电阻热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒作为热电阻的材料要求电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度；电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸；4传感器与检测技术热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；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。 使用最广泛的热电阻材料是铂和铜传感器与检测技术1.常用热电阻?铂热电阻主要作为标准电阻温度计，广泛应用于温度基准、标准的传递。 ?铜热电阻5传感器与检测技术铜热测量精度要求不高且温度较低的场合，测量范围一般为50150。 传感器与检测技术C0C190C6600)100(1)1(32020?ttCBtAtRBtAtRRt其中铂热电阻目前最好材料6传感器与检测技术其中，Rt温度为t时的电阻；R0温度为0时的电阻；A常数，3.94010-2-1B常数，-5.8410-7-2C常数，-4.2210-12-4传感器与检测技术长时间稳定的复现性可达10-4K，是目前测温复现性最好的一种温度计。 铂电阻的精度与铂的提纯程度有关100 (100)RW?百度电阻比7传感器与检测技术0()RW （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，）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，工业用铂电阻的纯度W （100）为1.3871.390。 传感器与检测技术8传感器与检测技术传感器与检测技术国内统一设计的工业用标准铂电阻，W （100）1.391，R0分为50?和100?两种，分度号分别为Pt50和Pt100其分度表（给出阻值和温度的关系）9传感器与检测技术传感器与检测技术R/?10传感器与检测技术传感器与检测技术铜热电阻?应用测量精度要求不高且温度较低的场合测量范围50150?优点温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好11传感器与检测技术加工，价格便宜，复制性能好。 ?缺点易于氧化，一般只用于150以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。 与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。 传感器与检测技术模型1其中，A、B、C为常数A=4.2889910-3/B=-2.13310-7/2C=123310-9/3)1(320CtBtAtRRt?-50150精确计算时精确计算时12传感器与检测技术C=1.23310/传感器与检测技术简便计算，常用二项式计算?)(1000ttRRt?其中，Rt、R0温度为t和t0时的电阻；温度为t0时的温度系数。 0?模型213传感器与检测技术传感器与检测技术几种常用金属热电阻材料参数材料温度系数?（1/）比电阻?（?mm2/m）温度范围（）特性铂3.9210-30.0981-200+650近线性14传感器与检测技术铜4.2510-30.0170-50+150线性铁6.5010-30.0910-50+150非线性铁6.6010-30.1210-50+100非线性传感器与检测技术分度表R0=50?和100?时的Rtt关系15传感器与检测技术国际温标IPTS-68规定在259.34630.74内，以铂电阻作为温度基准器优点（内，以铂电阻作为温度基准器优点 （1）易提纯；（）易提纯； （2）在高温和氧化性介质中性能稳定；（）在高温和氧化性介质中性能稳定； （3）输出近线性；（）输出近线性； （4）测量精度高。 传感器与检测技术优点 （1）易提纯； （2）物理、化学特性稳定； （3）输出近线性；（）价格低廉16传感器与检测技术 （4）价格低廉。 缺点 （1）电阻率低； （2）体积较大，热惯性较大； （3）温度高于100易氧化。 传感器与检测技术 3、其它热电阻低温、超低温材料温度范围优点缺点铟电阻室温4.3K4.215K，灵敏度是铂的10倍。 材料软，重复性差。 17传感器与检测技术锰电阻632K（-271-210）灵敏度高材料脆，难拉成丝。 碳电阻-273-268.5液氦温域价格低廉，对磁场不敏感。 热稳定差传感器与检测技术指示仪表rrRt 三、热电阻传感器的测量电路18传感器与检测技术两线制生产现场控制室传感器与检测技术19传感器与检测技术两线制传感器与检测技术12abwtRRRRrr?12()btwaRRRrrR?电桥平衡时20传感器与检测技术若保证Ra=Rb，则有12()twRRrr?可见r1，r2对测量结果的影响较大传感器与检测技术 1、三线制21传感器与检测技术传感器与检测技术电桥平衡时12abwtRRrRRr?12()bwatwaaRR rRrRRRR?22传感器与检测技术若保证Ra=Rb，则有12watwaR rRrRRR?r1，r2的影响有了一定的减小传感器与检测技术23传感器与检测技术传感器与检测技术电桥平衡时31abtwRRRrRr?13aatwbbRRRRrrRR?24传感器与检测技术若保证Ra=Rb，则有13twRRrr?r1，r3的影响减小得更小。 传感器与检测技术IURt? （1）不受其它条件约束；（）不受其它条件约束； （2）恒流源I稳定。 I?r 2、四线制25传感器与检测技术电位差计SEt R?I?rrr传感器与检测技术26传感器与检测技术传感器与检测技术 四、热电阻应用举例?例1测量真空度I?t RT平衡导热系数真空度Pa310?测量真空度t RT?平衡27传感器与检测技术I恒温容器被测介质玻璃管铂电阻丝恒温容器被测介质玻璃管铂电阻丝传感器与检测技术?niii n1100?1KRpRrA2KR1XRR例2气体成分分析仪28传感器与检测技术)1(21?i1100i?第i种气体的导热系数i n第i种气体的百分含量?21?、?已知可测量可求出E2KR2XRwRR参考室21kkRR、工作室21XXRR、传感器与检测技术2.3.2半导体热敏电阻传感器29传感器与检测技术传感器与检测技术30传感器与检测技术传感器与检测技术 一、热敏电阻的结构和特点热敏电阻引线热敏电阻引线金属氧化物钴Co、锰Mn、镍Ni等的氧化物采用不同比例配方、高温烧结而成。 等的氧化物采用不同比例配方、高温烧结而成。 31传感器与检测技术玻璃壳（a）珠状（）珠状（b）片状（）片状（c）杆状（）杆状（d）垫圈状优点（优点 （1）结构简单、体积小、可测点温度；（）结构简单、体积小、可测点温度； （2）电阻温度系数大，灵敏度高（10倍）；（倍）； （3）电阻率高、热惯性小、适宜动态测量。 传感器与检测技术参数单位定义标称阻值RH（冷电阻）(250.2)时测得的阻值。 温度系数t1/20时的电阻温度系数。 热敏电阻的主要参数32传感器与检测技术散热系数H（耗散系数）W/自身发热使温度比环境温度高出1所需要的功率。 时间常数秒（s）从温度t0的介质移入温度为t的介质中，温度升高t=0.632(t-t0)所需时间。 传感器与检测技术用途标准阻值25（k）额定功率（W）时间常数（s）耗散系数（mW/）温度补偿0.01150.5533传感器与检测技术温度补偿0.823000.254温度补偿1010000.511577.6测控温6.810000.42077.6测控温31000.030.577.6传感器与检测技术 二、热敏电阻的温度特性负温度系数热敏电阻NTC正温度系数热敏电阻PTC34传感器与检测技术PTC临界温度系数热敏电阻CRT传感器与检测技术TBTAeR?试验求A、B2211TTRTRT?11TBTAeR?)11(111TTBTeR? 1、NTC的R-T特性35传感器与检测技术22TBTAeR?2TeR?11TBTeRA?211221lnTTRRTTTTB传感器与检测技术?00expTBTBRRT0T0（273.15K）R36传感器与检测技术0R0时的阻值T传感器与检测技术电流较小线性，欧姆定律电流增加阻值减小、非线性电流较大阻值减小超过电流增加电流较小线性，欧姆定律电流增加阻值减小、非线性电流较大阻值减小超过电流增加 2、NTC的伏安特性37传感器与检测技术传感器与检测技术 3、NTC的温度系数?TdTdRRT1?dTAedAeTBTB)(1?2TB?tU?38传感器与检测技术.constT?低温段比高温段灵敏?TT?灵敏度比金属热电阻高（10倍）?I?传感器与检测技术电阻网络（线性化网络）精密电阻与热敏电阻串、并联 三、NTC的线性化处理TRXR39传感器与检测技术TRXRAITRXRE传感器与检测技术 1、串联法XTSRRR?TRS1?TRUI?RXTRR?40传感器与检测技术RAITRXRETXRTR传感器与检测技术 2、并联法RTRXTXTRRRRR?41传感器与检测技术TRXRTXRXTRR/ 四、应用举例传感器与检测技术传感器与检测技术例1测流速AE1R2RR21ttRR、21RR、热敏电阻平衡电阻0?V0?V电桥平衡电桥失衡电桥平衡电桥失衡43传感器与检测技术1t R2t RVWR传感器与检测技术例2热电式继电器JDt RT正常Rt较大、BG不导通、J不吸合T升高Rt减小、BG导通、J吸合44传感器与检测技术RABG应用电机过热保护传感器与检测技术铂测温电阻传感器?铂测温电阻缺点响应速度慢、容易破损、难于测定狭窄位置的温度。 ?现逐渐使用能大幅度改善上述缺点的极细型铠装铂测温电阻，因而使应用领域进一步扩大。 45传感器与检测技术?主要应用钢铁、石油化工的各种工艺过程；纤维等工业的热处理工艺；食品工业的各种自动装置；空调、冷冻冷藏工业；宇航和航空、物化设备及恒温槽传感器与检测技术金属丝热电阻作为气体传感器的应用1连通玻璃管2流通玻璃管3铂丝46传感器与检测技术1连通玻璃管2流通玻璃管3铂丝（a）真空度测量方法对环境温度变化比较敏感，实际应用中有恒温或温度补偿装置。 可测到）真空度测量方法对环境温度变化比较敏感，实际应用中有恒温或温度补偿装置。 可测到133.32210-5Pa。 （。 （b）可检测管内气体介质成分比例变化、热风流速变化）可检测管内气体介质成分比例变化、热风流速变化传感器与检测技术 2、半导体热敏电阻传感器温度测量温度控制温度补偿47传感器与检测技术温度补偿流量测量传感器与检测技术温度测量48传感器与检测技术热敏电阻点温计传感器与检测技术温度控制简易温度简易温度49传感器与检测技术控制器控制