热电阻温度传感器

关于热电阻温度传感器热电阻第2页,共52页，2024年2月25日，星期天§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第3页,共52页，2024年2月25日，星期天1.常用热电阻⑴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。⑵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―50～150℃。第4页,共52页，2024年2月25日，星期天其中，

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℃-4⑴铂热电阻目前最好材料第5页,共52页，2024年2月25日，星期天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1.387～1.390。第6页,共52页，2024年2月25日，星期天第7页,共52页，2024年2月25日，星期天国内统一设计的工业用标准铂电阻，W（100）≥1.391，R0分为50Ω和100Ω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）第8页,共52页，2024年2月25日，星期天第9页,共52页，2024年2月25日，星期天⑵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：―50～150℃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。第10页,共52页，2024年2月25日，星期天模型1：其中，A、B、C为常数：A=4.28899×10-3/℃B=-2.133×10-7/℃2C=1.233×10-9/℃3-50℃~150℃精确计算时第11页,共52页，2024年2月25日，星期天简便计算，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：第12页,共52页，2024年2月25日，星期天几种常用金属热电阻材料参数材料温度系数

（1/℃）比电阻

（

·mm2/m）温度范围（℃）特性铂3.92×10-30.0981-200~+650近线性铜4.25×10-30.0170-50~+150线性铁6.50×10-30.0910-50~+150非线性铁6.60×10-30.1210-50~+100非线性第13页,共52页，2024年2月25日，星期天国际温标IPTS-68规定：在–259.34℃~630.74℃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Rt–t关系第14页,共52页，2024年2月25日，星期天优点（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）温度高于100℃易氧化。第15页,共52页，2024年2月25日，星期天3、其它热电阻——低温、超低温材料温度范围优点缺点铟电阻室温~4.3K4.2~15K，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。热稳定差第16页,共52页，2024年2月25日，星期天两线制指示仪表rrRt三、热电阻传感器的测量电路生产现场控制室第17页,共52页，2024年2月25日，星期天两线制第18页,共52页，2024年2月25日，星期天电桥平衡时：若保证Ra=Rb，则有：可见r1，r2

对测量结果的影响较大第19页,共52页，2024年2月25日，星期天1、三线制第20页,共52页，2024年2月25日，星期天电桥平衡时：若保证Ra=Rb，则有：r1，r2

的影响有了一定的减小第21页,共52页，2024年2月25日，星期天第22页,共52页，2024年2月25日，星期天电桥平衡时：若保证Ra=Rb，则有：r1，r3

的影响减小得更小。第23页,共52页，2024年2月25日，星期天（1）不受其它条件约束；（2）恒流源I稳定。电位差计

2、四线制第24页,共52页，2024年2月25日，星期天第25页,共52页，2024年2月25日，星期天四、热电阻应用举例例1：测量真空度I恒温容器被测介质玻璃管铂电阻丝第26页,共52页，2024年2月25日，星期天——第i种气体的导热系数——第i种气体的百分含量——已知——可测量——可求出A——参考室——工作室例2：气体成分分析仪第27页,共52页，2024年2月25日，星期天§2.3.2半导体热敏电阻传感器第28页,共52页，2024年2月25日，星期天第29页,共52页，2024年2月25日，星期天一、热敏电阻的结构和特点玻璃壳热敏电阻引线（a）珠状（b）片状（c）杆状（d）垫圈状金属氧化物：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。第30页,共52页，2024年2月25日，星期天参数单位定义标称阻值RH（冷电阻）Ω(25±0.2)℃时测得的阻值。温度系数αt1/℃20℃时的电阻温度系数。散热系数H（耗散系数）W/℃自身发热使温度比环境温度高出1℃所需要的功率。时间常数τ秒（s）从温度t0的介质移入温度为t的介质中，温度升高Δt=0.632(t-t0)所需时间。热敏电阻的主要参数第31页,共52页，2024年2月25日，星期天用途标准阻值25℃（kΩ）额定功率（W）时间常数（s）耗散系数（mW/℃）温度补偿0.01~150.5<60>5温度补偿0.82~3000.25<85>4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第32页,共52页，2024年2月25日，星期天二、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第33页,共52页，2024年2月25日，星期天试验求A、B：1、NTC的R-T特性第34页,共52页，2024年2月25日，星期天——0℃

（273.15K）——0℃时的阻值TR第35页,共52页，2024年2月25日，星期天电流较小：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的伏安特性第36页,共52页，2024年2月25日，星期天3、NTC的温度系数

T

低温段比高温段灵敏

灵敏度比金属热电阻高（10倍）

IU

第37页,共52页，2024年2月25日，星期天电阻网络（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A第38页,共52页，2024年2月25日，星期天1、串联法ATR第39页,共52页，2024年2月25日，星期天2、并联法TR第40页,共52页，2024年2月25日，星期天四、应用举例第41页,共52页，2024年2月25日，星期天例1：测流速A——热敏电阻——平衡电阻电桥平衡电桥失衡第42页,共52页，2024年2月25日，星期天例2：热电式继电器JT正常：Rt较大、BG不导通、

J不吸合T升高：Rt减小、BG导通、

J吸合应用：电机过热保护第43页,共52页，2024年2月25日，星期天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、物化设备及恒温槽第44页,共52页，2024年2月25日，星期天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133.322×10-5Pa。（b）可检测管内气体介质成分比例变化、热风流速变化第45页,共52页，2024年2月25日，星期天2、半导体热敏电阻传感器⑴温度测量⑵温度控制⑶温度补偿⑷流量测量第46页,共52页，2024年2月25日，星期天⑴温度测量热敏电阻点温计第47页,共52页，2024年2月25日，星期天⑵温度控制简易温度控制器第48页,共52页，2024年2月25