温度测量热电阻传感器

电阻式温度传感器电阻式传感器广泛应用于测量-200～960〔铂和铜热电阻及半导体热电阻(热敏电阻)两大类。一、常用的金属热电阻6-16-1金属热电阻传感器测量示意图下降，即电阻增加。通过测量导体的电阻变化状况就可以得到温度变化状况。最根本的热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成，如图7-1所示。主要制-22～+851000℃。1、铂热电阻10-4K，是目前测温复现性最好的一种温度计。同时其测量精度高。在氧化性介质中、甚至在高温下，其物理、化学性能都很稳定，其阻值与温度之间几乎成线性变化。测量。铂电阻的精度与铂的提纯程度有关，因此铂电阻的纯度是以W〔100〕表示：WW(100)100 〔6-1〕R0W〔100〕W〔100〕1.390。中国常用的铂电阻有两种，分度号分别为Pt50和Pt100050Ω100Ω。铂丝的电阻值与温度之间的关系，即特性方程如下：t在－200℃≤t≤0℃时：RRt

[1AtBt2C(t100)t3] 〔6-2〕t0℃≤t≤650℃时：RRt

[1AtBt2] 〔6-3〕式中 Rt──铂热电阻在t℃时的阻值R0──铂热电阻在0℃时的阻值A──常数，为3.90802×10-3℃-1B──常数，为-5.802×10-7℃-2C──常数，为-4.27350×10-12℃-4/℃电阻值/Ω表6-1 /℃电阻值/Ω温度0102030405060708090-20018.49─────────-10060.2556.1952.1148.0043.3739.7135.5331.3227.0822.80-0100.0096.0992.1688.2284.2780.3176.3272.3368.3364.300100.00103.90107.79111.67115.54119.40123.24127.07130.89134.70100136.50142.29146.06149.82153.58157.31161.04164.76168.46172.16200175.84170.51183.17186.32190.45194.07197.69201.29204.88208.45300212.02215.57219.12222.65226.17229.67233.17236.65240.13243.59400247.04250.48253.90257.32260.72264.11267.49270.86274.22277.56500280.90284.22287.53290.83294.11297.39300.65303.91307.15310.38600313.59316.80319.99323.18326.35329.51332.66335.79338.92342.03700345.13348.22351.30354.37357.42360.47363.50366.52369.53372.52800375.51378.48381.45384.40387.34390.26────7-20.03～0.07mm±0.005mmd铂丝承受双线法绕〔消退电感在云母骨架上，再用银带扎紧。铂电阻体承受银丝作为引出线。7-2铂电阻体的构造⑵铜热电阻铜热电阻主要应用于测量―50～150℃范围内且精度要求不高且温度较低的场合易简洁提纯、加工，价格廉价，复制性能好而且电阻温度系数大，温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高。但铜热电阻与铂热电阻相比，铜的电阻率低，因此铜电阻的体积较大。而且铜易于氧化，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。铜电阻在―50～150℃范围内其阻值与温度之间几乎呈线性变化，关系可以表示为RRt

(1t) 〔6-4〕式中 R ──铜热电阻在t℃时的阻值tR0℃时的阻值0α──铜热电阻的电阻温度系数，α=4.25×10-3℃-1～4.28×10-3℃-1目前我国工业上使用的标准化铜热电阻的的分度号为分别为Cu50和Cu100零度时R(0℃)50Ω100Ω。铜电阻的电阻比R(100℃)/R(0℃)=1.428±0.002。分度6-26-3/℃电阻值/Ω表6-2 /℃电阻值/Ω温度0102030405060708090-050.0047.8545.7043.5541.4039.24────050.0052.1454.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.13────/℃电阻值/Ω表6-3 铜电阻〔分度号/℃电阻值/Ω温度0102030405060708090-0100.0095.7091.4087.1082.8078.49────0100.00104.28108.56112.84117.12121.40125.68129.96134.24138.52100142.80147.08151.36155.66159.96164.27────7-30.1mm±0.005mm在骨架上，并涂上绝缘漆。用直径为1mm6-3铜电阻体的构造二、半导体热敏电阻在温度传感器中应用最多的有热电偶、热电阻〔如铂、铜电阻温度计等〕和热敏电阻。但热敏电阻进展最为快速，由于其性能得到不断改进，稳定性已大为提高，在很多场合下〔-40～＋350℃〕热敏电阻已渐渐取代传统的温度传感器。1、热敏电阻的分类热敏电阻是利用某些金属氧化物或单晶锗、硅等半导体材料，按特定工艺制成的电阻率随温度变化而变化的感温元件。热敏电阻可分为三种6-4所示，即：正温度系数〔PTC〕热敏电阻在肯定温度范围内电阻率随温度上升而增加。此类热敏电阻主要由钛酸钡掺合稀土元素烧结而成。主要用于彩电消磁，各种电器设备的过宠保护，发热源的定温掌握，限流元件。负温度系数〔NTC〕热敏电阻6-46-4热敏电阻典型特性临界温度〔CTR〕热敏电阻此类热敏电阻又分两类：一类用于测量温度，它的阻值与温度之间呈负的指数关系。另制浪涌电流，起保护作用。图图6-5 负温度系数(NTC)热敏电阻构造2、热敏电阻的特点热敏电阻温度系数比金属大49倍；电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点温、外表温度及快速变化的温度；构造简洁、机械性能好、稳定性好。1Ω～10MΩ之间可供自由选择；原料资源丰富，价格低廉。材料加工简洁、性能好；3、热敏电阻的特性-温度特性、动态特性等，其中温度特性、伏安特性最为重要。以下面就以NTC型热敏电阻为例说明这两个特性：温度特性NTC不太宽的温度范围〔小于450℃，热敏电阻的阻值R都能利用式7-5T是此公式仅是一个阅历公式。1 1 1 1 R R

eBTT

R

eB273t273t 0 0T 0 00

0 〔6-5〕式中R,RT 0

——T，T

时的阻值；0T,T——介质的起始温度和变化温度；00t,t——介质的起始温度和变化温度〔℃；0B——2023～6000B值越大，热灵敏度越高。B值可由以下公式求出R 1 1Bln

T

〔6-6〕R T T0 0热敏电阻在其本身温度变化1℃时，电阻值的相对变化量叫热敏电阻的电阻温度系数αB值一样是表征热敏电阻材料性能的重要参数。是指1dR B T

〔6-7〕R dT T2T由公式7-7可以看出，热敏电阻的温度系数为负值。而且温度减小，电阻温度系数σ增温测量〔10～30℃。伏安特性在稳态状况下，通过热敏电阻的电流IU之间的关系称为伏安特性。如6-6所示bacdαβ当流过热敏电阻bacdαβU〔I<IU0加热，电阻值环境温度的影响，因此伏 m安特性是直线，遵循欧姆定律。主要用 U0来测温。当电流增大到肯定值〔I<I〕时，m流过热敏电阻的电流使之加热，本身温度上升，消灭负阻特性。因电阻减小，即使电流增大，端电压反而下降。其所能上升的温度与环境散热条件有关。如0 果当电流和四周介质温度肯定时，热敏 I I I0 6-66-6NTC热敏电阻的静态伏安特性4、热敏电阻的主要参数RH在环境温度为25±0.2几何尺寸。H1℃所耗散的功率变化量，单位为mW/℃。在工作范围内，H会随环境温度变化而变化。电阻温度系数α热敏电阻的温度变化1℃时电阻值的变化率。通常指温标为20℃时的温度系数，单位%/℃；能量灵敏度G1％所需耗散的功率。单位为W。H、电阻温度系数α、能量灵敏度G之间关系如下式：C

GH

100 (6-8)热敏电阻的温度变化1J／℃；时间常数τT0

的热敏电阻突然置于温度为T的介质中〔无视其通过电流所产生的热量，热敏电阻的温度增量ΔT=0.63(T－T之间关系为：

)时所需的时间。时间常数、热容量C、Hτ0τCHPE在规定的技术条件下，热敏电阻长期连续使用所允许的耗散功率，单位为W。在实际使用时，热敏电阻所消耗的功率不得超过额定功率最高工作温度T 与最低工作温度Tmax min在规定的技术条件下长期连续工作所允许的最高温度和最低温度。Tc热敏电阻器的电阻一温度特性曲线上的拐点温度，主要指正电阻温度系数热敏电阻和临界温度热敏电阻。三、电阻式温度传感器1、金属热电阻传感器业广泛运用于－200～+500℃温度测量。但需要留意的是热电阻变化一般要经过不平衡电桥误差，热电阻连入不平衡电桥通常承受三线制、四线制。三线制工业用热电阻一般承受三线制，在电阻体R一端连接出两根引出线，另一端引出一根连t接线，此种引线方式称为三线制，如图7-7所示。当热电阻和电桥协作使用时，三线制可以较好的消退引出线电阻的影响，提高测量精度。G——G——检流计R1R2R——固定电阻3R——零位调整电阻aR——热电阻t6-7热电阻测温电桥的三线制接法四线法周密测量中，承受四线制接法。在电阻体两端各引出两根连接线称为四线制。这种引出线的方式消退了不仅连接线电阻的影响。而且还消退了测量电路中寄生电势引起的误差。6-8热电阻测温电桥的四线制接法2、热敏电阻传感器的应用控温、温度补偿、流速测量、液面指示等。但归纳其功能主要有四个方面：⑴温度测量6-8热敏电阻测温原理2 W 1热敏电阻测温原理如图6-8所示，作为测量温度用热敏电阻构造比较简洁，价格廉价。-5℃300.1”分别为电压断开、S置于适宜量程，在开关S将置于“1”校正，调整电位计R使检流计G指示满偏，后将S6-8热敏电阻测温原理2 W 1⑵温度掌握6-9所示，用热敏电阻Rt与一个电阻串联R，并加上一恒定电压VCC。当四周介质温度升到掌握温度时，电路的电流由格外之几毫安变为几十毫安，导致三极管VT1、VT2截至。继电器J失电而动作，实现温度掌握或者过宠保护。6-9热敏电阻温度掌握原理⑶温度补偿6-10热敏电阻温度