热电阻温度传感器

1传感器与检测技术目录•单击添加文字内容•单击添加文字内容•单击添加文字内容2传感器与检测技术热电阻3传感器与检测技术§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4传感器与检测技术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℃。5传感器与检测技术C0~C190C660~0])100(1[)1(32020ttCBtAtRBtAtRRt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℃-1B：常数，-5.84×10-7℃-2C：常数，-4.22×10-12℃-4⑴铂热电阻目前最好材料6传感器与检测技术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1000(100)RWR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。7传感器与检测技术8传感器与检测技术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）9传感器与检测技术0.0100.0250.00-200200400600200.0300.0350.0150.050.0t/℃R/ΩPt100铂电阻温度特性曲线10传感器与检测技术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。11传感器与检测技术模型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)1(320CtBtAtRRt-50℃~150℃精确计算时12传感器与检测技术简便计算，常用二项式计算)(1000ttRRt其中，Rt、R0——温度为t℃和t0℃时的电阻；——温度为t0℃时的温度系数。0模型2：13传感器与检测技术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14传感器与检测技术国际温标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15传感器与检测技术优点（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。16传感器与检测技术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17传感器与检测技术两线制指示仪表rrRt三、热电阻传感器的测量电路生产现场控制室18传感器与检测技术ERaRwRbRtr1r2ASUs两线制19传感器与检测技术12abwtRRRRrr12()btwaRRRrrR电桥平衡时：若保证Ra=Rb，则有：12()twRRrr可见r1，r2对测量结果的影响较大20传感器与检测技术1、三线制USRaRwRbRtr3r1r2AμAS21传感器与检测技术电桥平衡时：12abwtRRrRRr12()bwatwaaRRrRrRRRR若保证Ra=Rb，则有：12watwaRrRrRRRr1，r2的影响有了一定的减小22传感器与检测技术RaRwRbRtr3r1r2ASUsμAab23传感器与检测技术电桥平衡时：31abtwRRRrRr13aatwbbRRRRrrRR若保证Ra=Rb，则有：13twRRrrr1，r3的影响减小得更小。24传感器与检测技术IURt（1）不受其它条件约束；（2）恒流源I稳定。电位差计SEtRIIrrrr2、四线制25传感器与检测技术USRaRRbRtr3r1r2AμASar4RdRc26传感器与检测技术四、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tRT平衡导热系数真空度Pa310测量真空度：tRT平衡27传感器与检测技术)1(21niiin1100i——第i种气体的导热系数in——第i种气体的百分含量21、——已知——可测量——可求出1KRpRrEA2KR1XR2XRwRR——参考室21kkRR、——工作室21XXRR、例2：气体成分分析仪28传感器与检测技术§2.3.2半导体热敏电阻传感器29传感器与检测技术30传感器与检测技术一、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。31传感器与检测技术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32传感器与检测技术用途标准阻值25℃（kΩ）额定功率（W）时间常数（s）耗散系数（mW/℃）温度补偿0.01~150.5605温度补偿0.82~3000.25854温度补偿10~10000.51157～7.6测控温6.8~10000.4207～7.6测控温3~1000.030.57～7.633传感器与检测技术二、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温度/℃10710610510410310210104080120160200PTCCTRNTC/(Ω·cm)34传感器与检测技术TBTAeR试验求A、B：2211TTRTRT11TBTAeR22TBTAeR)11(2111TTBTTeRR11TBTeRA211221lnTTRRTTTTB1、NTC的R-T特性35传感器与检测技术00expTBTBRRT0T0R——0℃（273.15K）——0℃时的阻值TR36传感器与检测技术电流较小：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37传感器与检测技术3、NTC的温度系数TdTdRRT1dTAedAeTBTB)(12TB.constT低温段比高温段灵敏TT：灵敏度比金属热电阻高（10倍）IU38传感器与检测技术电阻网络（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TRXRAITRXRE39传感器与检测技术1、串联法XTSRRRTRS1TRUIAITRXRETRXRTRXTRR40传感器与检测技术2、并联法TRXRTRXRTRXTRR//XTXTRRRRR传感器与检测技术四、应用举例42传感器与检测技术例1：测流速AE1R2R1tR2tRVWR21ttRR、21RR、——热敏电阻——平衡电阻0V0V电桥平衡电桥失衡43传感器与检测技术例2：热电式继电器JDtRRABGT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44传感器与检测技术铂测温电阻传感器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45传感器与检测技术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46传感器与检测技术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47传感器与检测技术⑴温度测量热敏电阻点温计48传感器与检测技术⑵温度控制简易温度控制器49传感器与检测技术⑶温度补偿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50传感器与检测技术⑷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、风速等热敏电阻流量计传感器与检测技术本次课程结束，谢谢欣赏