传感器与检测技术第6章.ppt

1、1,第二节 电阻式温度传感器,热电阻式传感器分为金属热电阻式和热敏电阻式两大类。,2,一、金属热电阻式温度传感器,金属热电阻是利用导体材料的电阻随温度变化而变化的特性来实现对温度的测量的。,其测温机理是在金属导体两端加电压后，使其内部杂乱无章运动的自由电子形成有规律的定向运动，而使导体导电。当温度升高时，由于自由电子获得较多能量，能从定向运动中挣脱出来，从而定向运动被削弱，导电率降低，电阻率增大。,3,一、金属热电阻式温度传感器,对于大多数金属导体其电阻随温度变化的关系为 Rt=R0(1+1t+2t2+ntn),Rt温度为t时的电阻值 R0温度为0时的电阻值 1，2，n由材料和制造工艺所决定的

2、系数。,4,一、金属热电阻式温度传感器,金属导体的电阻随温度的升高而增大，可通过测量电阻值的大小得到所测温度值。,金属热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。 它的主要特点是测量精度高，性能稳定。 其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。,5,一、金属热电阻式温度传感器,铂电阻物理化学性能稳定，抗氧化能力强，测温精度高 在(-2000)范围内的阻温特性是,在(0850)范围内的阻温特性是,R0=100或R0=50 13.9710-3/, 2 -5.8510-7/2, 3 -4.2210-12/4,Rt=R01+1t+2t2+3(t-100)t3,Rt

3、=R0(1+1t+2t2),6,一、金属热电阻式温度传感器,-50150范围内，铜电阻化学、物理性能稳定，阻温特性接近线性，价格低廉,14.2910-3/, 2 -2.1310-7/2, 3 -1.2310-9/4,Rt=R0(1+1t+2t2 + 3t3),由于铜的电阻率比铂小，且在空气中容易被氧化，故不适宜在高温和腐蚀性介质下工作,7,一、金属热电阻式温度传感器,铟电阻是一种高精度低温热电阻； 铟电阻用99.999%高纯度的铟丝绕成电阻，适宜在-269-258温度范围内使用。实验证明，在4.2K15K范围内，铟电阻灵敏度比铂电阻高10倍。,8,一、金属热电阻式温度传感器,锰电阻阻值随温度变

4、化大，可在(275336)温度范围内使用，但质脆易损坏； 镍电阻灵敏度较高，但热稳定性较差。,9,一、金属热电阻式温度传感器,热电阻的结构,热电阻的结构主要由不同材料的电阻丝绕制而成，为了避免通过交流电时产生感抗，或有交变磁场时产生感应电动势，在绕制时要采用双线无感绕制法。 由于通过这两股导线的电流方向相反，从而使其产生的磁通相互抵消。,10,一、金属热电阻式温度传感器,热电阻的结构,铜热电阻结构图,采用与铜热电阻线串联的补偿线阻是为了保证铜电阻的电阻温度系数与理论值相等。,11,一、金属热电阻式温度传感器,热电阻的结构,铂热电阻结构图,为了改善热传导，将铜制薄片与两侧云母片和盖片铆在一起，并

5、用银丝做成引出线,12,一、金属热电阻式温度传感器,热电阻测量线路,三线式电桥连接法,Rt为热电阻, r1、r2、r3为引线电阻 R1、R2为两桥臂电阻 R1=R2 R3为调整电桥平衡的精密电阻。 M表内阻很大，故电流近似为零。当UA=UB时电桥平衡。若使r1=r2,则R3=Rt,就可消除引线电阻的影响。,13,一、金属热电阻式温度传感器,热电阻测量线路,四线式电阻测量电路,因IVIM，IV0, 又EM=E+IV（r2+r3）,由上式知引线电阻r1 r4将不引起测量误差。电压表的值EM可认为是热电阻Rt上的压降，据此可计算出微小温度变化。,14,二、热敏电阻式温度传感器,这种传感器的感温元件是

6、对温度非常敏感的热敏电阻，所用材料是陶瓷半导体，其导电性取决于电子-空穴的浓度。 它的测温机理是：在低温下，电子-空穴浓度很低，故电阻率很大，随着温度的升高，电子-空穴的浓度按指数规律增加，电阻率迅速减小。,15,二、热敏电阻式温度传感器,阻温特性为 :,R0温度为20时的电阻值() RT温度为T时的电阻值() T热力学温度(K) B热敏电阻常数(与热敏电阻材料及工艺有关),16,二、热敏电阻式温度传感器,按照不同的物理特性，热敏电阻可分为: 正温度系数热敏电阻 临界温度系数热敏电阻 负温度系数热敏电阻,17,二、热敏电阻式温度传感器,正温度系数热敏电阻:在测量温度范围内，其阻值随温度增加而增

7、加，最高温度通常不超过140 临界温度系数热敏电阻:在临界温度附近电阻有急剧变化，因此不适于较宽温度范围内的测量； 负温度系数热敏电阻:其阻值随温度增加而呈下降趋势，一般用于(-50300)之间的温度测量。,18,二、热敏电阻式温度传感器,19,二、热敏电阻式温度传感器,由于热敏电阻与温度的关系呈较强的非线性，使得它的测温范围和精度受到一定限制。 为了解决这两方面问题，常利用温度系数很小的金属电阻与热敏电阻串联或并联，使热敏电阻阻值在一定范围内呈线性关系。,20,图中热敏电阻Rt与补偿电阻Rx 串联,串联后的等效电阻R= Rt +Rx ，只要Rx 的阻值选择适当，可使温度在某一范围内与电阻的倒

8、数成线性关系,串联补偿电路,电流I与温度T成线性关系。,21,并联补偿电路,图中热敏电阻Rt与补偿电阻Rx并联，其等效电阻R= Rt / Rx 。由图可知，R与温度的关系曲线便显得比较平坦。因此可以在某一温度范围内得到线性的输出特性。,22,二、热敏电阻式温度传感器,热敏电阻是由一些金属氧化物，如钴（Co）、锰（Mn）、镍（Ni）等的氧化物采用不同比例配方，高温烧结而成。 形状有柱形、珠状、片状、杆状、垫圈状等,23,二、热敏电阻式温度传感器,近年来研制的热敏电阻具有较好的耐热性和可靠性。 硅热敏电阻可具有正温度系数或负温度系数，尽管阻温特性是非线性，但是采用线性化措施之后，可在(-30150

9、)范围内实现近似线性化。 锗热敏电阻广泛用于低温测量。 硼热敏电阻在700高温时仍能满足灵敏度、稳定性的要求，可用于测量液体的流速、压力等。,24,二、热敏电阻式温度传感器,热敏电阻的温度系数比金属热电阻大，而且体积小、重量轻，很适用于小空间温度测量，又由于它的热惯性小、反应速度快，故适于测量快速变化的温度。,25,习题,1. 下图给出了一种测温电路，其中Rt=2R0(1+0.01t) (k) 为感温热电阻，RB为可调电阻，U为工作电压。（图中G为检流计） （1）基于该测温电路的工作机理，请给出调节电阻RB随温度变化的关系。 （2）若测温范围为2040，R0=10 k，试计算RB的变化范围。,26,1.解： （1）电桥平衡满足条件：2R0RtR0RB,习题,（2）RBmin410（1+0.0120）48 (k) RBmax410（1+0.0140）56 (k) RB的变化范围：48 k56 k,27,习题,2.一种测温电路的测温范围为0200，其电