1、第第4讲热电阻式温度传感器讲热电阻式温度传感器Thermal Resistive Sensors目录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2.3.1金属热电阻热电阻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1. 常用热电阻 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。 铜热电阻测
2、量精度要求不高且温度较低的场合，测量范围一般为50150。 C0C190C6600)100(1 )1 (32020ttCBtAtRBtAtRRt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 -2C： 常数， -4.22 10-12 -4 铂热电阻铂热电阻 目前最好材料目前最好材料 长时间稳定的复现性可达10-4 K ，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铂电阻的精度与铂的提纯程度有关 1000(100)RWR百度电阻比百度电阻比 W（100）越高，表示铂丝纯度越高，越高，表示
3、铂丝纯度越高，国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，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目前技术水平已达到W（100）1.3930，工业用铂电阻的纯度工业用铂电阻的纯度W（100）为为1.3871.390。 国内统一设计的工业用标准铂电阻，国内统一设计的工业用标准铂电阻，W（100）1.391，R0分为分为50和和100两种，分度号分别为两种，分度号分别为 Pt50 和和 Pt100其分度表（给出阻值和温度的关系）其分度表（给出阻值和温度的关系） 铜热电阻铜热电阻应 用：测量精度要求不高且温度较低的场合测量范围：50150优 点：温度范围内线性关系好
4、，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。模型模型1：其中，其中，A、B、C为常数：为常数：A = 4.28899 10-3 / B = -2.133 10-7 /2 C = 1.233 10-9 /3)1 (320CtBtAtRRt-50 150 精确计算时精确计算时)(1000ttRRt其中，Rt、R0 温度为 t 和 t 0时的电阻； 温度为 t 0 时的温度系数。0模型模型2：几种常用金属热电阻材料参数几种常用金属热电阻材料参数材料温度系数（
5、1/）比电阻（ mm2/m ）温度范围（）特 性铂3.9210-30.0981-200 +650近线性铜4.2510-30.0170-50 +150线性铁6.5010-30.0910-50 +150非线性铁6.6010-30.1210-50 +100非线性优 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。3、其它热电阻、其它热电阻 低温、超低温低温、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
6、）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。热稳定差三、热电阻传感器的测量电路三、热电阻传感器的测量电路12abwtRRRRrr12()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1、三线制、三线制电桥平衡时：12abwtRRrRRr12()bwatwaaRR rR rRRRR若保证 Ra = Rb，则有：12watwaR rR rRRRr1，r2 的影响有了一定的减小电桥平衡时：31abtwRRRrRr13aatwbbRRRRrrRR若保证 Ra = Rb，则有：13twR
7、Rrrr1，r3 的影响减小得更小。IURtSEtRIIrrrr2、四线制、四线制四、热电阻应用举例四、热电阻应用举例例例1 1：测量真空度：测量真空度I恒温容器恒温容器被测介质被测介质玻璃管玻璃管铂电阻丝铂电阻丝tRT平衡导热系数真空度Pa310测量真空度：tRT平衡)1 (21niiin1100iin21、1KRpRrEA2KR1XR2XRwRR21kkRR 、21XXRR 、例例2：气体成分分析仪：气体成分分析仪2.3.2 半导体热敏电阻传感器半导体热敏电阻传感器一、热敏电阻的结构和特点一、热敏电阻的结构和特点玻璃壳玻璃壳热敏电阻热敏电阻引线引线参 数单 位定 义标称阻值RH（冷电阻）(
8、250.2)时测得的阻值。温度系数t1/20 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。时间常数秒（s）从温度t0的介质移入温度为t的介质中，温度升高t = 0.632(t-t0) 所需时间。热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数用途标准阻值25（k）额定功率（W）时间常数（s）耗散系数（mW/）温度补偿0.01 150.55温度补偿0.82 3000.254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 7.6二、热敏电阻的温度特性二、热敏电阻的温度特性TBTAeR 试
9、验求试验求A、B：2211TTRTRT11TBTAeR22TBTAeR)11(2111TTBTTeRR11TBTeRA 211221lnTTRRTTTTB1、NTC的的 R-T 特性特性00expTBTBRRT0T0R 0 （273.15K） 0 时的阻值时的阻值TR2、NTC的伏安特性的伏安特性3、NTC的温度系数的温度系数 TdTdRRT1dTAedAeTBTB)(12TB.constT低温段比高温段灵敏低温段比高温段灵敏TT：灵敏度比金属热电阻高（灵敏度比金属热电阻高（10倍）倍）IU三、三、NTC的线性化处理的线性化处理TRXRAITRXRE1、串联法、串联法XTSRRRTRS1TRU
10、IAITRXRETRXRTRXTRR 2、并联法、并联法TRXRTRXRTRXTRR /XTXTRRRRR四、应用举例四、应用举例例例1：测流速：测流速AE1R2R1 tR2tRVWR21ttRR 、21RR 、 热敏电阻热敏电阻 平衡电阻平衡电阻0V0V电桥平衡电桥平衡电桥失衡电桥失衡例例2：热电式继电器：热电式继电器JDtRRABG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
11、藏工业；宇航和航空、物化设备及恒温槽 金属丝热电阻作为气体传感器的应用金属丝热电阻作为气体传感器的应用 1连通玻璃管连通玻璃管2流通玻璃管流通玻璃管3铂丝铂丝 （a）真空度测量方法对环境温度变化比较敏感，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。可测到实际应用中有恒温或温度补偿装置。可测到133.32210-5Pa。（b）可检测管内气体介质成分比例变化、热风流速变可检测管内气体介质成分比例变化、热风流速变化化2 2、半导体热敏电阻传感器半导体热敏电阻传感器 温度测量 温度控制 温度补偿 流量测量 温度测量 热敏电阻点温计热敏电阻点温计 温度控制简易温度控制器简易温度控制器 温度补偿仪表中的电阻温度补偿电路仪表中的电阻温度补偿电路 金属一般具有正的温度系数，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，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可以抵消由于温度变化所产生的误差 流量测量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 热敏电阻流量计热敏电阻流量计 本次课程结束，谢谢欣赏本次课程结束，谢谢欣赏
