热电阻式传感器.

2.3热电阻式传感器•2.3.1(金属)热电阻•2.3.2(半导体)热敏电阻•2.3.3热电阻式传感器的应用上一页下一页返回2.3.1金属热电阻热电阻＝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（特征）：1）电阻与温度变化具有良好的线性关系；2）电阻温度系数大，便于精确测量，（以提高热电阻的灵敏度）；3）电阻率高，热容量小，反应速度快。4）在测量范围内具有稳定的物理和化学性能；5）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，低温测量中是常用铟、锰、碳等制成的热电阻。上一页下一页返回热电阻的结构上一页下一页返回普通工业用热电阻式温度传感器1）常用热电阻•⑴铂热电阻•铂电阻(IEC)的电阻率较大，电阻—温度关系呈非线性，测温范围广，精度高，且材料易提纯，复现性好；物理、化学性质都很稳定。•因此主要用来作为复现温标的基准器当℃时当℃时Rt为温度为t时的电阻值;R0为温度为0时的电阻值;A、B、C为常数,A=3.96847X10-3℃-1；B=-5.847X10-7℃-2;C=-4.22X10-12℃-4。2000t上一页下一页返回0850t2301100RtRAtBtCtt201RtRAtBt•（2）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。上一页下一页返回铜电阻的阻值与温度之间的关系为：上一页下一页返回当℃时，Rt=R0(1+at)50150tRt温度为t时的电阻值;R0为温度0℃时的电阻值;a为温度为0℃时的电阻温度系数。铜热电阻结构示意图铂热电阻结构示意图上一页下一页返回铜热电阻2.3.2半导体热敏电阻定义：热敏电阻是一种利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成，由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结的敏感元件。优点：(1)热敏电阻的温度系数比金属大（4～9倍）(2)电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点、表面温度及快速变化的温度。(3)结构简单、机械性能好。缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。上一页下一页返回热敏电阻分类：正温度系数(PTC)负温度系数(NTC)临界温度系数(CTR)热敏电阻典型特性上一页下一页返回PTC热敏电阻－正温度系数钛酸钡掺合稀土元素烧结而成用途：彩电消磁，各种电器设备的过热保护，发热源的定温控制，限流元件。CTR热敏电阻－负温度系数以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱还原气氛中混合烧结而成用途：温度开关。NTC热敏电阻－很高的负电阻温度系数主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等过渡金属氧化物混合烧结而成应用：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上一页下一页返回1.热敏电阻的主要特性⑴温度特性⑵伏安特性上一页下一页返回⑴温度特性NTC型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻-温度特性00273127310110ttBTTBTeReRR式中RT,R0——热敏电阻在绝对温度T，T0时的阻值()；T0,T——介质的起始温度和变化温度（K）；t0,t——介质的起始温度和变化温度（℃）；B——热敏电阻材料常数，一般为2000～6000K，其大小取决于热敏电阻的材料。0011lnTTRRBT上一页下一页返回若已知两个电阻值以及相应的温度值，就可求得B值。一般取20℃和100℃时的电阻R20和R100计算B值，即将T=373K，T0=293K代入上式，则100201365RRnlB将B值及R0=R20代入式就确定了热敏电阻的温度特性:上一页下一页返回21TBdTdRRTTB和α值是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数，热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的高很多，所以它的灵敏度很高。热敏电阻的电阻温度系数热敏电阻在其本身温度变化1℃时，电阻值的相对变化量上一页下一页返回⑵伏安特性•在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I与其两端的电压U之间的关系，上一页下一页返回伏安特性当流过热敏电阻的电流很小时:不足以使之加热。电阻值只决定于环境温度，伏安特性是直线，遵循欧姆定律。主要用来测温。当电流增大到一定值时：流过热敏电阻的电流使之加热，本身温度升高，出现负阻特性。因电阻减小，即使电流增大，端电压反而下降。其所能升高的温度与环境条件(周围介质温度及散热条件)有关。当电流和周围介质温度一定时，热敏电阻的电阻值取决于介质的流速、流量、密度等散热条件。可用它来测量流体速度和介质密度。上一页下一页返回2.热敏电阻的结构构成：热敏探头、引线、壳体二端和三端器件：为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路获得功率；四端器件：旁热式上一页下一页返回热敏电阻的结构形式上一页下一页返回3.热敏电阻的主要参数⑴标称电阻值RH在环境温度为25±0.2℃时测得的电阻值，又称冷电阻。其大小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。⑵耗散系数H指热敏电阻的温度与周围介质的温度相差1℃时热敏电阻所耗散的功率，单位为mW/℃；⑶热容量C热敏电阻的温度变化1℃所需吸收或释放的热量，单位为J／℃；上一页下一页返回⑷能量灵敏度G（W）使热敏电阻的阻值变化1％所需耗散的功率。⑸时间常数τ温度为T0的热敏电阻突然置于温度为T的介质中，热敏电阻的温度增量ΔT=0.63(T－T0)时所需的时间。⑹额定功率PE在标准压力（750mmHg）和规定的最高环境温度下，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100)/(HGHC/上一页下一页返回4.热敏电阻的线性化上一页下一页返回串联在热敏电阻中的R的最佳值MHLHLHLMRRRRRRRRR22)(2.3.3热电阻式传感器的应用1、金属热电阻传感器－200～+500℃范围的温度测量特点：精度高、适于测低温。2、半导体热敏电阻传感器应用范围很广，可在宇宙航船、医学、工业及家用电器等方面用作测温、控温、温度补偿、流速测量、液面指示等。上一页下一页返回1、金属热电阻传感器工业广泛使用，－200～+500℃范围温度测量。在特殊情况下，测量的低温端可达3.4K，甚至更低，1K左右。高温端可测到1000℃。温度测量的特点：精度高、适于测低温。传感器的测量电路：经常使用电桥精度较高的是自动电桥。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，常采用三线制和四线制连接法。上一页下一页返回三线制热电阻测温电桥的三线制接法工业用热电阻一般采用三线制G——检流计，R1，R2，R3——固定电阻，Ra——零位调节电阻，Rt——热电阻上一页下一页返回四线制接法热电阻测温电桥的四线制接法精密测量中，采用四线制接法上一页下一页返回2、半导体热敏电阻传感器⑴温度测量⑵流量测量⑶温度补偿⑷温度控制上一页下一页返回⑴温度测量上一页下一页返回热敏电阻点温计⑵流量测量利用热敏电阻上的热量消耗和介质流速的关系可以测量流量、流速、风速等上一页返回热敏电阻流量计⑶温度补偿上一页下一页返回仪表中的电阻温度补偿电路金属一般具有正的温度系数，采用负温度系数的热敏电阻进行补偿，可以抵消由于温度变化所产生的误差(4)温度控制上一页下一页返回简易温度控制器