电阻式传感器及应用-热电阻式传感器（传感技术课件）

任务2.1电阻应变片传感器任务2.2电位器式传感器任务2.3热电阻式传感器项目2电阻式传感器及应用低温高温温度测量的基本概念温度标志着物质内部大量分子（或原子）无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子（或原子）的热运动越剧烈。模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！温度从微观上看，是物体分子运动平均动能大小的标志。2.3热电阻式传感器测温传感器分类按测量方法可分为接触式和非接触式；按工作原理可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等。气体膨胀式温度计温度传感器的种类及特点

接触式温度传感器非接触式温度传感器接触式温度传感器：传感器直接与被测物体接触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度，因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。非接触式温度传感器：主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量准确度较低。优点：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场。物理现象

体积热膨胀

电阻变化温差电动势导磁率变化电容变化压电效应超声波传播速度变化物质颜色P–N结电动势晶体管特性变化晶闸管动作点变化热、光辐射种类铂测温电阻、热敏电阻热电偶BaSrTiO3陶瓷石英晶体振荡器超声波温度计示温涂料液晶半导体二极管晶体管半导体集成电路温度传感器热敏晶闸管辐射温度传感器光学高温计1.气体温度计2.玻璃制水银温度计3.玻璃制有机液体温度计4.双金属温度计5.液体压力温度计6.气体压力温度计1．

热铁氧体2．

Fe-Ni-Cu合金温度测量及传感器分类温度传感器的种类及特点所利用的物理现象传感器类型测温范围/℃特点体积热膨胀气体膨胀温度计液体压力温度计玻璃水银温度计双金属片温度计-250～1000-200～350-50～350-50～300

不需要电源，耐用；但感温部件体积较大接触热电动势钨铼热电偶铂铑热电偶其他热电偶1000～2100200～1800-200～1200

自发电型，标准化程度高，品种多；须进行冷端温度补偿电阻的变化铂热电阻热敏电阻-200～900-50～300标准化程度高；但需要接入桥路才能得到电压输出PN结结电压硅半导体二极管（半导体集成温度传感器）-50~150体积小，线性好，-2mV/℃；但测温范围小温度-颜色示温涂料示温液晶-50～13000～100面积大，可得到温度图象；但易衰老，准确度低光辐射热辐射红外辐射温度计光学高温温度计热释电温度计-50～1500500～30000～1000非接触式测量，反应快；但易受环境及被测体表面状态影响体积热膨胀式不需要电源，寿命长；但感温部件体积较大，只能抵近测量。

气体的体积与热力学温度成正比红外温度计温度的数值表示方法称为温标温标规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。华氏、摄氏、开氏温度比较发展阶段：华氏温标→摄氏温标→开氏温标华氏温标与摄氏温标的换算关系是：

例：摄氏温度为20℃时，华氏温度为32+36=68℉温标的发展目前推行的是1990年国际实用温标ITS-90：热力学温度用符号T90表示,单位为开尔文，符号为K。摄氏温度的符号为t90，单位是摄氏度，符号为℃。T90和t90的关系为：t90=T90-273.15，或t/℃=T/K-273.15例如:摄氏温度为0℃时，开尔文温度为273.15K。温标的发展几种温标的对比正常体温为37℃，相当于华氏温度多少度？热力学温标（K）热力学温标是建立在热力学第二定律(不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化)基础上的最科学的温标，是由开尔文（Kelvin）根据热力学定律提来的，因此又称开氏温标。它的符号是T，单位是开尔文（K）。威廉·汤姆逊·开尔文认识铂热电阻金属热电阻的正温度系数温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加，称其为正温度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。

测温热电阻可分为金属和半导体两大类。金属丝电阻随温度增高而变大的演示

取一只100W/220V灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484Ω。请说明钨丝的温度系数的正负。超导现象1911年，荷兰物理学家昂内斯（KamerlinghOnnes）在用液氦将汞的温度降到4.2K时，发现汞的电阻降为零。昂内斯将这种现象称为物质的超导性。昂内斯和其他科学家又陆续发现了其他一些金属也是超导体。昂内斯因为这项重大发现而获得1913年的诺贝尔物理学奖。超导磁悬浮易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻

制作热电阻的材料必须具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、一致性好、使用温度范围宽、加工容易等特点。金属热电阻材料的主要技术性能

热电阻的阻值Rt与温度t的关系表达式Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3+Dt4)Rt—热电阻在t时的电阻值R0—热电阻在0℃时的电阻值A、B、C、D—温度系数热电阻的阻值Rt与t之间并不完全呈线性关系。在规定的测温范围内，根据国际电工委员会（IEC）颁布的分度表数值，列出每隔1℃的Rt电阻值，这种表格称为热电阻分度表。在工程中，若不考虑线性度误差的影响，有时也可以利用温度系数α来近似计算热电阻的阻值Rt。即：Rt=R0(1+αt）铂热电阻的结构图电阻丝在支架上绕制，由玻璃或陶瓷作外保护层，防止有害气体腐蚀和氧化。绕制中采用中间对折双绕方式，避免感应电动势。装配式铂热电阻

0℃时的电阻为100Ω接线盒薄膜式铂热电阻

Pt1000薄膜热电阻在0℃时的电阻为1kΩ，最大工作电流小于0.3mA。在真空清洁室中，将铂金属喷射在陶瓷体上，然后用激光进行光刻和阻值的微调,再焊接两根引线。在铂金上涂上一层特殊的绝缘玻璃层。薄膜热电阻的响应时间只需几秒。小型铂热电阻

防爆式铂热电阻

坚实的外壳起“隔爆”作用，工作电流控制在安全范围。铠装式铂热电阻1－接线盒2－引出线密封管3－法兰盘4－柔性外套管（可达百米）5－测温端部端面式热电阻及其在测温端面的安装螺纹深入到被测物内部，能更快速地反映被测物的实际温度。汽车用水温传感器及水温表

铜热电阻热电阻的引线形式内引线是热电阻出厂时自备的引线，其功能是使感温元件与外部测量及控制装置相连接。热电阻的测量电路通常采用不平衡电桥来转换。热电阻在工业测量桥路中的接法通常采用两线制、三线制和四线制。二线制接法R1为铂热电阻，R2、R3、R4为锰铜精密电阻(固定电阻)。电桥的调零在0℃的情况下进行。热电阻Rt被安装在测温点上,然后用连接导线连接到电桥的接线端子上。引线电阻r1a、r1b及其随长度和温度的变化将引起测量误差。四线制接法恒流源Ii的恒定激励电流流过Rt，在Rt上产生降压Uo=IiRt。输出电压Uo的变化量ΔUo与被测温度变化引起的电阻变化量ΔR成正比。三线制接法引出的三根导线截面积和长度均相同(即r1=r2=r3)，测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻(Rpt)作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根(r1)接到电桥的电源端，其余两根(r2、r3)分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样两桥臂都引入了相同阻值的引线电阻，电桥处于平衡状态，引线电阻的变化对测量结果没有任何影响。引线的长度变化不影响电桥的平衡,所以可以避免因连接导线电阻受环境影响而引起的测量误差。半导体热敏电阻半导体热敏电阻分类：负温度系数（NTC)和正温度系数(PTC)热敏电阻。NTC又可分为两大类：第一类的电阻值与温度之间呈严格的负指数关系，因此可用于测量温度：e是自然对数的底，e≈2.718.第二类为突变型（CTR）。当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降，可用于控制温度或抑制浪涌电流。NTC热敏电阻的材料与特性以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料,采用陶瓷工艺制造而成。在低温时,这些氧化物材料的载流子(电子和空穴)数目少,所以其电阻值较高。随着温度的升高,载流子数目增加,所以电阻值降低。电阻率和温度系数随材料成分比例、烧结温度和结构状态不同而变化。现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系列NTC热敏电阻材料。PTC热敏电阻在钛酸钡里掺杂其它的多晶陶瓷材料,压制成圆片等形状,烧结而成PTC热敏电阻，属于临界温度型(CTR)。当温度上升到某临界点时,其电阻值突然上升,可用于电路的限流、过载保护。大功率PTC还可用作暖风机中的加热元件。恒温加热用PTC热敏电阻

下图所示的四根曲线分别为哪一种热敏电阻？热敏电阻外形MF12型NTC热敏电阻聚脂塑料封装热敏电阻其他形式的热敏电阻

玻璃封装NTC热敏电阻MF58型热敏电阻其他形式的热敏电阻带安装孔的热敏电阻大电流PTC热敏电阻其他形式的热敏电阻（续）贴片式NTC热敏电阻其他形式的热敏电阻（续）MF58型（珠形）高准确度负温度系数热敏电阻MF5A-3型热敏电阻各种非标热敏电阻热敏电阻的应用

热敏电阻式温度面板表热敏电阻

LCD显示器热敏电阻电子体温表热敏电阻用于CPU的温度测量热敏电阻用于电热水器的温度控制NTC热敏电阻用于温度补偿动圈式表头中的动圈由铜线绕制而成。当环境温度升高时，动圈的电阻增大，引起表头的指针偏转角减小。可以在动圈回路中串入由负温度系数NTC热敏电阻组成的电阻网络，从而抵消由于温度变化所产生的误差。PTC可恢复熔断器(过热保护)

可恢复熔丝（也称可恢保险丝）本体中，聚合树脂均匀分布在导电氧化物周围。在正常电流下，PTC热敏电阻内部的导电粒子构成链状导电通路，呈现低阻状态。当电路发生短路或过载时，PTC热敏电阻产生较大的热量，使聚合树脂熔化，体积迅速增大，切断导电粒子构成的链状导电通路，使PTC热敏电阻呈现高阻状态，从而使流过PTC热敏电阻的电流迅速减小，起短路保护作用。PTC热敏电阻用于继电器控制在电动机的定子绕组中嵌入正温度突变型热敏电阻，并与继电器串联。当电动机过载时定子电流增大，引起发热。当温度大于突变点时，电路中的电流可以由几十毫安突变为十分之几毫安，因此继电器复位，触发电动机保护电路，从而实现过热保护。由以上分析可知，必须使用正温度系数的突变型热敏电阻与继电器串联。