第04讲热电阻温度传感器

1、传感器与检测技术传感器与检测技术 第第4讲热电阻式温度传感器讲热电阻式温度传感器 Thermal Resistive Sensors 2 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 目录目录 单击添加文字内容 单击添加文字内容 单击添加文字内容 3 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 4 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 2.3.1金属热电阻热电阻金属热电阻热电阻 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；

2、 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 5 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 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。 6 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 C0C190 C6600 )100(1 )1

3、( 32 0 2 0 ttCBtAtR BtAtR Rt 其中， Rt：温度为 t 时的电阻； R0 ：温度为 0 时的电阻； A：常数， 3.940 10-2 -1 B：常数， -5.84 10-7 -2 C： 常数， -4.22 10-12 -4 铂热电阻铂热电阻 目前最好材料目前最好材料 7 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 长时间稳定的复现性可达10-4 K ，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铂电阻的精度与铂的提纯程度有关 100 0 (100) R W R 百度电阻比百度电阻比 W（100）越高，表示铂

4、丝纯度越高，）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，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）为1.3871.390。 8 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 9 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 国内统一设计的工业用标准铂电阻，国内统一设计的工业用标准铂电阻， W（100）1.391， R0分为分为50和和100两种，分度号分别为两种，分度

5、号分别为 Pt50 和和 Pt100其分度表（给出阻值和温度的关系）其分度表（给出阻值和温度的关系） 10 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 铜热电阻铜热电阻 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。 11 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 模型模型1：

6、其中，其中，A、B、C为常数：为常数：A = 4.28899 10-3 / B = -2.133 10-7 /2 C = 1.233 10-9 /3 )1 ( 32 0CtBtAtRRt -50 150 精确计算时精确计算时 12 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 )(1000ttRRt 其中，Rt、R0 温度为 t 和 t 0时的电阻； 温度为 t 0 时的温度系数。0 模型模型2： 13 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 几种常用金属热电阻材料参数几种常用金属热电阻材料参数 材料 温度系数 （1/）

7、 比电阻 （ mm2/m ） 温度范围 （） 特 性 铂3.9210-30.0981-200 +650 近线性 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 14 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 15 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 优 点 （1）易提纯； （2）物理、化学特性稳定； （3）输出近线性； （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

8、高于100易氧化。 16 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 3、其它热电阻、其它热电阻 低温、超低温低温、超低温 材料温度范围优 点缺点 铟电阻室温 4.3K 4.2 15K，灵敏度 是铂的10倍。 材料软，重 复性差。 锰电阻 63 2K （-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 17 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 三、热电阻传感器的测量电路三、热电阻传感器的测量电路 18 传感器与检测技术传感器与检测

9、技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 19 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 12 ab wt RR RRrr 12 () b tw a R RRrr R 电桥平衡时： 若保证 Ra = Rb，则有： 12 () tw RRrr 可见 r1，r2 对测量结果的影响较大 20 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 1、三线制、三线制 21 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 电桥平衡时： 1 2 ab wt RRr RRr 12 () bwa tw a

10、a RR rR r RR RR 若保证 Ra = Rb，则有： 12wa tw a R rR r RR R r1，r2 的影响有了一定的减小 22 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 电桥平衡时： 31 ab tw RR RrRr 13 aa tw bb RR RRrr RR 若保证 Ra = Rb，则有： 13tw RRrr r1，r3 的影响减小得更小。 23 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 I U Rt SE tR I I r r r r 2、四线制、四线制 24 传感器与检测技术传感器与检测技术

11、 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 四、热电阻应用举例四、热电阻应用举例 例例1 1：测量真空度：测量真空度 I 恒温容器恒温容器 被测介质被测介质 玻璃管玻璃管 铂电阻丝铂电阻丝 tRT平衡 导热系数真空度 Pa 3 10测量真空度： tRT平衡 25 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 )1 (21 n i iin 1 100 i in 21、 1KR pR r E A 2KR 1XR 2XR wR R 21kkRR 、 21XXRR 、 例例2：气体成分分析仪：气体成分分析仪 26 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻

12、温度传感器讲热电阻温度传感器 2.3.2 半导体热敏电阻传感器半导体热敏电阻传感器 27 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 28 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 一、热敏电阻的结构和特点一、热敏电阻的结构和特点 玻璃壳玻璃壳 热敏电阻热敏电阻 引线引线 29 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 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。 散热系数H （耗散系数） W/ 自身发热使温度比

13、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。 热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数 30 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 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0.01 150.55 温度补偿0.82 3000.254 温度补偿10 10000.5 1157 7.6 测控温6.8 10000.4 207 7.6 测控温3 1000.03 0.57 7.6 31 传感器与检测技术传感器与检测技术

14、第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 二、热敏电阻的温度特性二、热敏电阻的温度特性 32 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 T B TAeR 试验求试验求A、B： 22 11 T T RT RT 1 1 T B TAeR 2 2 T B TAeR ) 11 ( 2 1 11TT B T T e R R 1 1 T B T e R A 2 1 12 21 ln T T R R TT TT B 1、NTC的的 R-T 特性特性 33 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 0 0exp T B T B R

15、RT 0T 0R 0 （273.15K） 0 时的阻值时的阻值 T R 34 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 2、NTC的伏安特性的伏安特性 35 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 3、NTC的温度系数的温度系数 T dT dR R T 1 dT Aed Ae T B T B )(1 2 T B .constT 低温段比高温段灵敏低温段比高温段灵敏 TT： 灵敏度比金属热电阻高（灵敏度比金属热电阻高（10倍）倍） I U 36 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传

16、感器 三、三、NTC的线性化处理的线性化处理 TRXR A I TRXR E 37 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 1、串联法、串联法 XTSRRR T RS 1 T R U I A I TRXR E T R XR TR XTRR 38 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 2、并联法、并联法 TRXR T R XR TR XTRR / XT XT RR RR R 传感器与检测技术传感器与检测技术 四、应用举例四、应用举例 40 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感

17、器 例例1：测流速：测流速 A E 1R2R 1 tR 2tR V WR 21ttRR 、 21RR、 热敏电阻热敏电阻 平衡电阻平衡电阻 0V 0V 电桥平衡电桥平衡 电桥失衡电桥失衡 41 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 例例2：热电式继电器：热电式继电器 J D tR R A BG 42 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 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

18、：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 43 传感器与检测技术传感器与检测技术 第第04讲热电阻温度传感器讲热电阻温度传感器 金属丝热电阻作为气体传感器的应用金属丝热电阻作为气体传感器的应用 1连通玻璃管连通玻璃管2流通玻璃管流通玻璃管3铂丝铂丝 （a）真空度测量方法对环境温度变化比较敏感，）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）可检测管内气体介质成分比例变化、热风流速变 化化 44 传感器与检