电气检测技术(新6)

4.3电容式传感器

工作原理：

利用电容器的原理，将一些非电物理量转化为电容量，实现非电量向电量的转化及测量。

应用领域：

广泛用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，且逐步扩大应用于压力、液面、成分含量等方面的测量。

特点：

结构简单，体积小，分辨率高，可进行非接触测量等。1一、基本工作原理

电容式传感器是一个具有可变参数的电容器。忽略边缘效应，可得到平板电容器的电容为：

-----平行板间介质的相对介电常数

-----真空介电常数

-----平行板间介质的介电常数

-----两平行板所覆盖的面积

-----两平行板之间的距离

-----电容量234

电容式传感器的分类：

变面积型、变间隙型、变介电常数型实际的使用中，电容式传感器通常以改变平行板极间的距离来进行测量，因为这样获得的测量灵敏度要高于改变其他参数的电容传感器的灵敏度。改变平行板间距的电容传感器可以测量微米数量级的位移，而改变面积的传感器只适用于测量厘米数量级的位移。

5变面积式电容传感器

图a是平板形直线位移式结构，其中极板1可以左右移动，称为动极板。极板2固定不动，称为定极板。图b是同心圆筒形变面积式传感器。外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、下直线运动。图c是一个角位移式的结构。极板1的轴由被测物体带动而旋转一个角位移

度时，两极板的遮盖面积A就减小，因而电容量也随之减小。6二、电容式传感器的结构类型及主要特性1、变间隙型

电容的电容量：

电容的相对变化量：传感器的灵敏度为：

电容传感器的电容相对变化实际关系：

7说明：

1、从灵敏度公式中可看出，当板极间的初始距离d较小时，对于同样的板极间距离变化△d所引起的电容量的变化△C可以增大，从而使传感器的输出灵敏度提高；不过当板极间初始距离d过小时，容易引起电容器被击穿；

2、一般电容式传感器的初始电容在之间，板极间距离在范围内，最大位移应该小于间距的1/10。

3、这种结构非线性误差较大82、变面积型

变面积型(角位移变面积型、板状线位移变面积型、筒状线位移变面积型）电容传感器的电容量的变化值与位移（角位移、线位移）呈线性关系。3、变介电常数型

改变电容极板之间的介电常数，用于测量物位、含水量和成分等。9

因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容量也就不同。

几种介质的相对介电常数104、差动电容式传感器

初始：

差动电容传感器的电容变化为：

11

三、测量电路

电容式传感器的测量电路较多，通常采用的包括电桥电路、调频电路、差动脉冲调宽电路以及运算放大器电路等。

121、电桥电路

电桥采用稳定频率、稳定幅度、固定波形的信号源(低内阻)激励，经电流放大和相敏整流得到直流输出信号。

13

电桥平衡条件为：

电桥输出电压为：

-------为电容的耗损电阻

------为差动电容的变化量

-------电容的初始值

-------、的等效阻抗

142、调频电路

调频测量电路就是把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分，当输入变化导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。

15振荡器的频率为：

-------为振荡回路的固有电容；

-------为传感器引线的分布电容；

-------为传感器的电容

-------为传感器电容的变化量16

被测信号为0时，传感器电容的变化为0，振荡器的固有频率为：被测信号不为0时，传感器电容的变化为，振荡器的输出频率为：

频率的变化通过鉴频器后变换为振幅的变化，幅值经过一定的放大后就可以进行输出。

173、差动脉冲调宽电路

C1、C2为差动电容传感器A1、A2为比较器

D为双稳态RS触发器Ur为参考电压18电路说明：初态：A：高电位；B：低电位；R、S：低电平

1、A高电位时，对电容C1充电，G处于低电位，当C1上的电压(F点电压)满足时，比较器A1输出高电平，A1保持输出低电平，即触发器的控制输入端S=1、R=0，触发器翻转、；

2、时，B点高电位，给电容C2充电，当时，比较器A2输出高电平，由于电容C1放电后，比较器A1输出低电平，触发器的控制输入端S=0、R=1，触发器翻转：、；

3、上述过程不断重复。19波形图：20

A、B端输出一个脉宽受C1、C2调制的方波，C1=C2时，由于充放电的时间相同，输出占空比1：1的方波，此方波的平均值为0，当C1≠C2时，电容的充放电时间不同，方波的占空比发生改变，A、B间输出电压的平均值不再为0，经过LPF平滑滤波后，输出电压为：

U1为触发器的输出高电平，T1、T2分别为C1、C2的充电时间。

21输出电压为：

差动电容的变化使充电时间不同，从而触发器输出端的方波脉宽不同而产生输出。结论：不论是变间隙型还是变面积型电容传感器均能获得线性输出。

22变间隙型电容传感器：差动电容器发生变化时，可得到传感器输出电压为：变面积型的电容传感器：差动电容器发生变化时，可得到传感器输出电压为：23脉冲调宽电路具有如下特点：

1)不需要特殊电路，只要经过低通滤波器就可以得到较大的直流输出。

2)不需要高频发生器。

3)由于低通滤波器的作用，对输出矩形波的纯度要求不高。244、运算放大器电路

利用运放的高增益、高输入阻抗的特点，可克服变间隙型电容传感器特性的非线性情况，使其输出信号能与输入机械位移呈线性关系，选用高输入阻抗的运放，根据运放的工作原理，可以得到下式成立：25

可见，输出电压的幅值与电容式传感器动片的机械位移d成线性关系，这就从原理上克服了单个变间隙型电容传感器特性的非线性误差问题。需要指出的是，由于放大器增益有限，且输入阻抗也不会为无穷大，所以仍然具有一定的非线性误差。为了防止干扰和减小杂散分布电容的影响，必须采取特殊措施即所谓的驱动电缆技术。

26四、电容传感器的特点及应用范围

电容传感器的特点：结构简单，灵敏度高，分辨率高，能感受0.01um甚至更小的位移，无反作用，需要的动作能量低，动态响应好，可实现无接触测量，能在恶劣的环境下工作；

缺点：输出特性非线性，受分布电容影响大。但是随着新工艺，新材料问世，特别是电子技术的发展，使干扰和寄生电容等问题不断得到解决，因此越来越广泛地应用于各种测量中。27应用：

1、测量直线位移、角位移、振动振幅(可测微小振幅)。2、测量高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量。

3、测量压力、差压、液位、料面、成分含量(如油、粮食、木材的含水量)及非金属材料的涂层、油膜的厚度。

4、测量电介质的温度、密度、厚度等。

5、作为位置信号发生器。

6、采用单边式电容传感器，把被测物作为电容器的一个电极，另一个电极则在传感器内，它可以用来测定料位、振动振幅，具有测量精度高，快速准确的特点。

2829电容式液位计

棒状电极（金属管）外面包裹聚四氟乙烯套管，当被测液体的液面上升时，引起棒状电极与导电液体之间的电容变大。

聚四氟乙烯外套30电容式液位限位传感器液位限位传感器与液位变送器的区别在于：它不给出模拟量，而是给出开关量。当液位到达设定值时，它输出低电平。但也可以选择输出为高电平的型号。31液位限位传感器的设定

智能化液位传感器的设定方法十分简单：用手指压住设定按钮，当液位达到设定值时，放开按钮，智能仪器就记住该设定。正常使用时，当水位高于该点后，即可发出报警信号和控制信号。设定按钮32湿敏电容

利用具有很大吸湿性的绝缘材料作为电容传感器的介质，在其两侧面镀上多孔性电极。当相对湿度增大时，吸湿性介质吸收空气中的水蒸气，使两块电极之间的介质相对介电常数大为增加（水的相对介电常数为80），所以电容量增大。

33湿敏电容外形吸水高分子薄膜34湿敏电容模块及传感器外形35电容式接近开关

被检测物体可以是导电体、介质损耗较大的绝缘体、含水的物体（例如饲料、人体等）；可以是接地的，也可以是不接地的。调节接近开关尾部的灵敏度调节电位器，可以根据被测物不同来改变动作距离。

36电容式接近开关外形齐平式非齐平式37全密封防水式远距离式（大量程）38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的特点：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，特别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。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，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。39物理现象

体积热膨胀

电阻变化温差电现象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可控硅动作特性变化热、光辐射种类铂测温电阻、热敏电阻热电偶BaSrTiO3陶瓷石英晶体振动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可控硅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40热电偶、测温电阻器、热敏电阻、感温铁氧体、石英晶体振动器、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅分类特征传感器名称超高温用传感器1500℃以上光学高温计、辐射传感器高温用传感器1000～1500℃光学高温计、辐射传感器、热电偶中高温用传感器500～1000℃光学高温计、辐射传感器、热电偶中温用传感器0～500℃低温用传感器-250～0℃极低温用传感器-270～-250℃BaSrTiO3陶瓷晶体管、热敏电阻、压力式玻璃温度计见表下内容

测温范围温度传感器分类(1)41分类特征传感器名称测温范围宽、输出小测温电阻器、晶体管、热电偶半导体集成电路传感器、可控硅、石英晶体振动器、压力式温度计、玻璃制温度计线性型测温范围窄、输出大热敏电阻指数型函数开关型特性特定温度、输出大感温铁氧体、双金属温度计

测温特性温度传感器分类(2)42分类特征传感器名称测定精度±0.1～±0.5℃铂测温电阻、石英晶体振动器、玻璃制温度计、气体温度计、光学高温计温度标准用测定精度±0.5～±5℃热电偶、测温电阻器、热敏电阻、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅绝对值测定用管理温度测定用相对值±1～±5℃

测定精度温度传感器分类(3)43

此外，还有微波测温温度传感器、噪声测温温度传感器、温度图测温温度传感器、热流计、射流测温计、核磁共振测温计、穆斯保尔效应测温计、约瑟夫逊效应测温计、低温超导转换测温计、光纤温度传感器等。这些温度传感器有的已获得应用，有的尚在研制中。44公元1600年，伽里略研制出气体温度计。一百年后，研制成酒精温度计和水银温度计。随着现代工业技术发展的需要，相继研制出金属丝电阻、温差电动式元件、双金属式温度传感器。1950年以后，相继研制成半导体热敏电阻器。最近，随着原材料、加工技术的飞速发展、又陆续研制出各种类型的温度传感器。温度传感器的发展概况451．常用热电阻范围：-260～＋850℃；精度：0.001℃。改进后可连续工作2000h，失效率小于1％，使用期为10年。2．管缆热电阻

测温范围为-20～＋500℃，最高上限为1000℃，精度为0.5级。（－）接触式温度传感器3．陶瓷热电阻测量范围为–200～+500℃，精度为0.3、0.15级。4．超低温热电阻两种碳电阻，可分别测量–268.8～253℃-272.9～272.99℃的温度。5．热敏电阻器适于在高灵敏度的微小温度测量场合使用。经济性好、价格便宜。46l．辐射高温计用来测量1000℃以上高温。分四种：光学高温计、比色高温计、辐射高温计和光电高温计。2．光谱高温计前苏联研制的YCI—I型自动测温通用光谱高温计,其测量范围为400～6000℃,它是采用电子化自动跟踪系统,保证有足够准确的精度进行自动测量。

（二）非接触式温度传感器3．超声波温度传感器特点是响应快(约为10ms左右)，方向性强。目前国外有可测到5000℉的产品。4．激光温度传感器适用于远程和特殊环境下的温度测量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射计可测很高的温度，精度为1％。美国麻省理工学院正在研制一种激光温度计，最高温度可达8000℃，专门用于核聚变研究。瑞士BrowaBorer研究中心用激光温度传感器可测几千开(K)的高温。

47

1．超高温与超低温传感器，如+3000℃以上和–250℃以下的温度传感器。

2．提高温度传感器的精度和可靠性。

3．研制家用电器、汽车及农畜业所需要的价廉的温度传感器。

4．发展新型产品，扩展和完善管缆热电偶与热敏电阻；发展薄膜热电偶；研究节省镍材和贵金属以及厚膜铂的热电阻；研制系列晶体管测温元件、快速高灵敏CA型热电偶以及各类非接触式温度传感器。

5．发展适应特殊测温要求的温度传感器。

6．发展数字化、集成化和自动化的温度传感器。

（三）温度传感器的主要发展方向484.4热电偶传感器

(温差)热电偶能满足温度测量的各种要求，其结构简单，测温精度高，测温范围宽(-269--2800℃)，响应时间较快，稳定性较好，在测温领域得到广泛的应用。输出信号为电信号便于远传或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。工业热电偶结构示意图1－接线盒；2－保护套管3―绝缘套管4―热电偶丝123449热电偶安装图50一、热电偶的测温原理

热电效应：两种不同的导体或半导体接成如图的闭合回路，把两个接点分别置于温度各为t及t0(t>t0)的热源中，该回路中产生一个电动势，该电动势称为热电动势。

A、B为热电极，两个接点，一个叫做工作端或热端(t)，另一个称为自由端或冷端（t0

）。

热电动势的大小是由组成热电偶的两种导体的接触电动势和单一导体的温差电动势组成，热电动势的大小与这两种导体的材料及节点温度值有关。511、接触电动势

A、B接触时，由于材料不同，(设A的自由电子密度为，B为，且)，因此，A扩散到B中的电子较多，A失电子带正电，B得电子带负电，接触处产生接触电场，该电场阻碍电子扩散，达到电子漂移的动态平衡，接触电势大小取决于导体的性质及接触点的温度值，与金属尺寸无关。该接触电势为：

k–波尔兹曼常数

t–温度值e-电子电荷量522、温差电动势

由于导体两端温度不同产生的一种电动势。高温端电子的能量大，向低温端漂移，在高温端由于失电子而带正电，低温端带负电，在同一导体的两端形成温差电动势，温差电动势用如下的形式表示：及分别为导体A及B在两端温度为t及t0时的温差电动势。533、热电偶回路的热电动势

设工作端温度为t，冷端温度t0，取方向为参考正方向，则回路的总电动势为：

T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB54说明：

金属中，自由电子的数目极多，温度不能显著的改变它的自由电子的浓度，所以同一金属中，温差电动势极小，可忽略，因此热电偶回路中起决定作用的是两个接点处产生的与材料及该处温度都有关的接触电动势，上式可以写成：

实际工程应用中，一般就采用上式来表示回路的热电动势，该电势比较精确。

55

实际使用标定热电偶时，使t0为常数，此时，热电偶的电势可写为：上式表明，热电偶回路的一个端点保持温度不变，回路的总电动势只随另一个端点的温度变化而变化，两个端点的温差越大，回路的总热电势也越大。工程测量中，不同类型的热电偶，温度与输出电势间的函数关系不同，用实验方法求得这个函数关系。通常令t0=0℃，在不同的温差(t-t0)情况下，精确测出回路总热电势，绘制成表格或曲线，获得热电偶的分度表。56导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使EAB(T0)=常数，则回路热电势EAB(T，T0)就只与温度T有关，而且是T的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势，因为当A、B两种导体是同一种材料时，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。57二、热电偶的基本特性

1、回路热电势大小只与组成热电偶的金属材料及接点处温度有关，与热电偶形状、大小无关。因此烧断的热电偶经焊接后可以再使用。

2、同种金属或半导体制成的热电偶回路，回路总电势为零。热电偶必须采用两种不同的材料。根据这一结论，可验证金属材料是否匀质。

3、如果热电偶两接点处的温度相同，尽管A、B材料不同，热电偶回路总电势为零。

4、热电偶AB的热电势与A、B的中间温度无关，只与接点处的温度有关。

585、中间导体定律：热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要接入的第三种材料的导线两端的温度相等，该导线的引入不会影响回路的热电势。据此，可将第三种导线换成测试仪表或连接导线，只要保持两接点处温度相等，就可以对热电势进行测量而不影响的结果。这一结论，使采用开路热电偶对液态金属和金属壁面进行温度测量成为可能。将液态金属或金属壁面看作是接入热电偶回路的第三种金属，只要两热电极插入点温度相同，就对测量精度不产生影响。59

6、当接点处温度为t，t0时，用导体A、B组成的热电偶的热电势等于AC热电偶和CB热电偶的热电势总和。即：60

三、热电偶冷端温度补偿

为使热电势与被测温度成单值函数关系，需把热电偶冷端的温度保持恒定，并消除冷端不为0℃所产生的误差。由于热电偶分度表是以冷端温度0℃为标准的，故实际使用时应注意这一点。下面介绍几种常用的方法。

61

1、补偿导线法补偿导线是在一定温度范围内(0-100℃)，其热电性能与其所连接的热电偶的热电性能相同的一种廉价的导线。补偿导线的作用：

1)用廉价的补偿导线作为贵金属热电偶的延长线，节约贵金属；

2)将冷端迁移至离被测对象(热源)较远且环境温度较恒定的地方，便于冷端温度的修正和减小测量误差；

3)用较粗的补偿导线作为热电偶的延长线，减小热电偶回路的内阻，以利显示仪表的正常工作。62

使用补偿导线时注意点：

1)各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用；使用时必须同极性相连；

2)热电偶与补偿导线连接处的温度不应超过100℃,否则会由于热电特性不同带来新的误差；

3)只有当延长后的冷端的温度值恒定或所配用的仪表本身具有冷端的温度自动补偿装置，应用补偿导线的方法才有意义。因此热电偶的冷端一定要合理地进行处理。

在热电偶的补偿导线使用中，必须要同极性连接，当极性接反时，将会带来很大的误差。

632、冷端温度的修正方法

分度表在冷端温度0℃时获得，所配套仪表根据分度表进行标定，在冷端温度不为0℃时，需对仪表的示值进行修正，获得正确的读数。修正公式为：

EAB(t,t0)是测量获得的热电动势。冷端的误差△为：误差△不为零，但为定值，是可以找出变化规律的系统误差，只要在回路中加入相应的修正电压，或加入适当的的修正电路，该误差是完全可以被消除的。

643、冷端恒温法

4、补偿电桥法

65四、常用热电偶及其特性

1、铂铑—铂热电偶(S)

铂铑—铂热电偶属于贵金属热电偶，该种热电偶的正极为铂铑合金，该热电偶能测量较高的温度，能长时间在0-1300℃的环境中进行测量，短时间可测到1600℃，可用于高温及精密测量。缺点：在还原性气体中易受损坏，材料为贵金属，成本较高。662、镍铬—镍铝(镍铬—镍硅)

为非贵金属热电偶中性能最稳定的一种，应用最广。正极为镍铬。高温下抗氧化的能力很强，可长期工作在1000℃的环境中，短时间内可工作在1300℃的环境中。线性度好，接近直线，热电动势大(相同温差下，热电势为铂铑—铂热电偶的4-5倍)，价格便宜，是工业生产中最常用的热电偶。镍铝电极在长期高温使用时较易氧化，用镍硅来取代镍铝，镍硅电极的抗氧化性及热电性能要优于镍铝。我国采用镍铬—镍硅作为标准热电偶，用来检定工业用镍铬—镍铝热电偶。这种热电偶易受还原性气体的影响，在不加保护的情况，只能用于低于500℃的工作环境中。673、镍铬—锰白铜热电偶(E)

68五、热电偶常用测量电路

1、基本测量电路

2、温差测量电路

3、平均温度测量电路

4、温度求和电路

691、基本测量电路

C、D为补偿导线，冷端温度为T0，E为铜导线(实际使用时，补偿导线一直延伸到配用仪表的接线端子，此时冷端温度即为仪表接线端子处的环境温度)，M为测量用毫伏表，或数字仪表，如采用数字仪表来测量热电势，须加入适当的放大电路。回路总热电势为EAB(T,T0)，则流过毫伏表的电流为：

式中：RZ为热电偶内阻，RC为导线(包括铜线，补偿导线)内组，RM为仪表的内阻(包括负载电阻)。

702、温差测量电路

C、D为补偿导线，热电性质分别与A、B相同

71六热电偶实际测温电路

热电偶所输出的热电势一般很小，每度只有几十微伏，且热电势在整个测量范围内一般是非线性的。热电势是热电偶工作端(热端)相对自由端(冷端)而产生的，因此使用热电偶测量温度时，选择或设计相应的测量电路必须要考虑三件事：

1、采用什么样的放大电路？

2、非线性误差如何校正?3、冷端如何处理?

721、热电偶放大电路

设测量的温度范围为：0-600℃

输出量程电压为：0-6V

查表可得，K型热电偶的输出电压---温度对应如下：温度：温差电势(mV)：001004.0952008.13730012.20760024.902

可以看出，在量程内，输出是非线性的。

73

设计放大电路如下：74电路说明：

1)电阻R1和电容C构成一阶无源低通滤波器对输入信号滤波，A1是同相输入的比例放大器，采用高精度、低温漂的OP07运算放大器；

2)为获得量程输出，放大电路的增益为：选取：R2=510欧、R3=120千欧、W1=3千欧即可。

75

3)滤波电容若有较大的漏电流，将产生很大的偏移电压。例如，若C1有0.2uA的漏电流，则会产生的附加偏移电压200uV，该附加电压经放大输出后，会带来较大的测温误差；

4)电路产生较大的非线性误差，t=300℃，实际的输出电压为：12.207mV*240.95=2.941V，此时的非线性误差约为1%，对于精密测量是不允许的，需进行非线性校正。

762、非线性校正

热电偶的热电势输出与温度不成线性，可用下式表示：

a0为零点输出，a1为灵敏度系数，a2、…、an为非线性项系数。因此只要设计幂运算电路就可以进行非线性校正，一般而言，电路运算幂次越高，线性精度越高，不过幂次越高，电路的响应时间以及价格也越高。通常取二次方幂，就可以达到很高的校正精度。77

K型热电偶的近似式可由最小二乘法求出(教材P175)，也可由切比雪夫方程求出，如下：(0-600℃，0-6V输出)

式中，VIN热电势，V0为输出电压。

t=300℃时，热电势为：12.207mV，根据校正式，得到校正后电压为：2992.2mV，相当于温度为299.2℃，t=600℃时，热电势为：24.902mV，根据校正式，得到输出电压为：6001.2mV，相当于温度为：600.1℃。此时只要设计一个平方计算电路，就可以实现热电偶输出电压的非线性校正。为提高运算速度，平方运算电路通常由专用器件完成。783、平方运算专用器件AD538

4、冷端补偿794.5热电阻传感器

热电阻是利用导体的电阻值随温度的变化而变化的特性(热阻效应)来进行温度测量的。应用极为广泛，可用来测量温度、真空度，可以作为温度补偿、过负荷保护、火灾报警、气体和液体成分分析以及温度控制等。测量用的热电阻材料必须具备以下特点：

1、电阻温度系数要尽可能大和稳定，电阻率高；

2、电阻与温度之间关系最好成线性；

3、在较宽的测量范围内具有稳定的物理和化学性质。

80

热电阻传感器分为金属热电阻和半导体热电阻两大类。热电阻传感器主要用来测量与温度有关的一些参数。对于金属热电阻，目前应用得较多的材料有铂以及铜。热电阻由电阻体、保护套和接线盒等部件组成。其结构形式可以根据实际使用情况制作成各种形状，通常都是将双线电阻丝绕在用石英、云母陶瓷和塑料等材料制成的骨架上，它们可以测量-200-500℃的温度。81一、常用热电阻及特性

1、铂电阻(铂电阻与温度的关系)：

-200--0℃之间，阻值温度关系为：

0--650℃之间，阻值温度关系为：

式中：

Rt

---t℃时铂电阻的电阻；

R0---0℃时铂电阻的电阻；82

铂电阻是利用高纯铂丝制成，其物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，因此能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻的技术特性表见P157。

由于铂的稳定性好，又可以得到纯度非常高的铂丝，所以，标准热电阻一般均采用铂电阻，而且铂电阻也是所有测温器件中精度最高的一种。工业用铂电阻一般由直径的纯铂丝绕在平板型支架上，用银导线作为引出线。

832、铜电阻

测量精度不太高，测温范围不大的情况下，可以采用铜电阻来替代铂电阻，可降低成本。工业用铜电阻的测温范围为：-50-150℃，阻值温度关系函数为：式中：Rt、R0的意义同上84

测温范围在0-100℃之间时，可用下面的阻值温度关系函数来近似表示：式中温度系数取为：

铜电阻的缺点是电阻率较低，电阻体的体积较大，热惯性也较大，在100℃以上易氧化，因此只能用于低温以及无侵蚀性的环境中。

85二、测量及校正电路

实际电路中，采用电