《传感器技术及应用》-2.项目二 热电阻测温

知识目标：1.掌握温度的基本概念及温标的分类；2.掌握金属热电阻的工作原理，理解热电阻传感器的三线制接法；3.熟悉热电阻的分类及结构类型；4.熟悉热电阻传感器的应用。能力目标：1.能够正确选择及安装热电阻传感器；2.能够使用热电阻感器进行测量；3.能够使用三线制连接工业用热电阻。热电阻基本原理

热电阻温度传感器的基本工作原理是利用物质的电阻率随温度变化而变化的特性，即热阻效应。当温度变化时，热电阻材料的电阻值随温度而变化，这样，用测量电路可将变化的电阻值转换成电信号输出，从而得到被测温度。按热电阻的性质不同，这类传感器可分为金属热电阻和半导体热电阻两大类。半导体热电阻又称热敏电阻。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的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻增加，我们称其为正温度系数，即电阻值于温度的变化趋势相同。

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。易于提纯，复现性好的金属材料才可用于制作热电阻；使用最广泛的热电阻材料是铂、铜、铁、镍热电阻的材料要求金属热电阻种类

铂热电阻Pt100、Pt50优点：性能稳定，重复性好，测量精度高，近似线性；主要作为标准电阻温度计和高精度温度测量。缺点：电阻温度系数小，价格高；测温范围：为-200～850℃

。

铜热电阻Cu50优点：价格低廉、易于提纯、复制性好、线性度极好；缺点：测量精度要求不高，测温范围小，温度高了易氧化，测量范围：一般为-50～150℃。

镍热电阻（应用不多）优点：温度系数较高、电阻率较大；缺点：易氧化、化学稳定性差、不易提纯、复制性差、非线性差测量范围：一般为-100～300℃。

金属热电阻结构金属热电阻结构感温元件：铂丝直径为0.03—0.07mm，纯度高达99.995％—99.9995％引出线：银线铜热电阻铂热电阻感温元件：漆包线或丝包线直径为0.1mm，纯度高达99.995％—99.9995％引出线：镀银铜线金属热电阻结构类型金属热电阻结构类型小型热电阻薄膜型热电阻热电阻测温电路传感器的测量电路：经常使用电桥或恒流源两线制测量方式热电阻测温电路为消除由于连接导线电阻随环境温度变化而造成的测量误差，常采用三线制或四线制连接法。三线制电桥连接法

三线制恒流源连接法四线制恒流源连接法热敏电阻热敏电阻是利用半导体电阻值随温度的变化而显著变化的特性实现测温的。半导体热敏电阻有很高的电阻温度系数，其灵敏度比热电阻高得多。而且提及可以做的很小，故动态特性好，特别适于-100℃—300℃

之间测温。热敏电阻的缺点：

互换性较差，另外其热电特性是非线性的。热敏电阻结构

热敏电阻采用重金属氧化物锰、钛、钴等材料，在高温下按不同的配方比例烧结混合成特殊电子元件。元件可制成球状、片状、圆柱状等。热敏电阻外形热敏电阻外形

按其温度系数可以分为负温度系数NTC、正温度系数PTC、临界温度系数CTR

。热敏电阻的主要特性可见CTR临界热敏电阻有一突变温度，此特性可用于自动控温和报警电路中。材料的不同配比，电阻温度特性曲线不同。NTC热敏电阻的温度特性应用：点温、表面温度、温差、温场等测量、自动控制及电子线路的热补偿线路

多数热敏电阻具有负的温度系数，即当温度升高时，其电阻值下降，同时灵敏度也下降。这个特性限制了它在高温条件下使用。其特性是利用正温度热敏材料，在居里点附近结构发生相变引起导电率突变来取得的。PTC热敏电阻的温度特性应用：

彩电消磁，各种电器设备的过热保护，热源的定温控制，限流元件。不宜用于较宽的温度范围，但对于特定的温度点的检测却十分灵敏。因此热敏电阻可用做检测元件、电路保护元件等。

热敏电阻的应用测温方面的应用热敏电阻的应用测流速热敏电阻的应用作为温度补偿用

热敏电阻的应用在控制线路中的应用示例热电式继电器负载过电流、过热保护如：手提电脑及手机中的锂离子电池和镍氢电池的短路及发热保护

应用：电机过热保护热敏电阻的应用在控制线路中的应用示例负载过电流、过热保护大功率电器冷启动电冰箱温度超标指示器电路热敏电阻的应用在控制线路中的应用示例(1)负载过电流、过热保护（2）电视机PTC消磁电路的应用（3）电动机起动（4）可恢复保险丝集成温度传感器将温敏晶体管及其辅助电路集成在同一芯片的集成化温度传感器。最大的优点是直接给出正比于绝对温度的理想的线性输出，另外，体积小、成本低廉。因此，它是现代半导体温度传感器的主要发展方向之一。目前，已经广泛用于-50℃~+150℃

温度范围内的温度监测、控制和补偿的许多场合。集成温度传感器

输出电压与绝对温度成正比集成温度传感器集成温度传感器按输出信号可分为电压型和电流型两种；电压型的温度系数约为10mV/℃;电流型的温度系数约为1μA/℃;这就很容易从它们输出信号的大小换算成绝对温度，而且其输出电压或电流与绝对温度成线性关系。集成温度传感器的信号输出方式集成温度传感器输出