第04讲_热电阻温度传感器

第4讲热电阻式温度传感器ThermalResistiveSensors,目录,热电阻,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；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,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。铜热电阻测量精度要求不高且温度较低的场合，测量范围一般为50150。,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,铂热电阻目前最好材料,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,百度电阻比,W（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，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W（100）为1.3871.390。,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）,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。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。,模型1：,其中，A、B、C为常数：A=4.2889910-3/B=-2.13310-7/2C=1.23310-9/3,简便计算，常用二项式计算,其中，Rt、R0温度为t和t0时的电阻；温度为t0时的温度系数。,模型2：,几种常用金属热电阻材料参数,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：（1）易提纯；（2）在高温和氧化性介质中性能稳定；（3）输出近线性；（4）测量精度高。,分度表R0=50和100时的Rtt关系,3、其它热电阻低温、超低温,两线制,指示仪表,r,r,Rt,三、热电阻传感器的测量电路,生产现场,控制室,两线制,电桥平衡时：,若保证Ra=Rb，则有：,可见r1，r2对测量结果的影响较大,1、三线制,电桥平衡时：,若保证Ra=Rb，则有：,r1，r2的影响有了一定的减小,电桥平衡时：,若保证Ra=Rb，则有：,r1，r3的影响减小得更小。,（1）不受其它条件约束；（2）恒流源I稳定。,2、四线制,四、热电阻应用举例,例1：测量真空度,例2：气体成分分析仪,2.3.2半导体热敏电阻传感器,一、热敏电阻的结构和特点,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。,优点：（1）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）；（3）电阻率高、热惯性小、适宜动态测量。,热敏电阻的主要参数,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：PTC,临界温度系数热敏电阻：CRT,试验求A、B：,1、NTC的R-T特性,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,3、NTC的温度系数T,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,1、串联法,2、并联法,T,R,四、应用举例,例1：测流速,例2：热电式继电器,应用：电机过热保护,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。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,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,（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,2、半导体热敏电阻传感器,温度测量温度控制温度补偿流量测量,温度测量,热敏电阻点温计,温度控制,简易温度控制器,温度补偿,仪表中的电阻温度补偿电路,金属一般具