1、4.6 4.6 热电阻传感器热电阻传感器 热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测的装置。的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测的装置。q将温度变化转换为电阻变化的称为将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻热电阻传感器；传感器；q将温度变化转换为热电势变化的称为将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶热电偶传感器。传感器。热电阻是热电阻是中低温区中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量
2、精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。成标准的基准仪。2022-9-30第四章 非电量的电测技术热电阻分类热电阻分类按材料分，热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导按材料分，热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。电阻。按结构分，普通型热电阻、锴装热电阻、薄膜热电阻按结构分，普通型热电阻、锴装热电阻、薄膜热电阻按用途分，工业用热电阻、精密标准电阻按用途分，工业用热电阻、精密标准电阻2022-9-30第四章 非电量的电测技术一、金
3、属热电阻及其特性一、金属热电阻及其特性热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。增加这一特性来进行温度测量的。1 1、铂电阻、铂电阻 铂易于提纯，在高温和氧化性介质中物理化学性质稳铂易于提纯，在高温和氧化性介质中物理化学性质稳定，电阻率较大，能耐较高的温度；制成的铂电阻输出定，电阻率较大，能耐较高的温度；制成的铂电阻输出输入特性接近线性。铂电阻的电阻值与温度之间的关系：输入特性接近线性。铂电阻的电阻值与温度之间的关系：100)t-C(tBtAt1RR C0200-)BtAt(1RR C6500 320t20t A
4、A、B B、CC常数常数 铂电阻制成的温度计，除作温度标准外，还广泛应用于高精铂电阻制成的温度计，除作温度标准外，还广泛应用于高精度的工业测量。由于铂为贵金属，一般在测量精度要求不高和度的工业测量。由于铂为贵金属，一般在测量精度要求不高和测温范围较小时，均采用铜电阻。测温范围较小时，均采用铜电阻。2022-9-30第四章 非电量的电测技术铂电阻的纯度铂电阻的纯度铂电阻的纯度以R100/R0表示，R100表示在标准大气压下水沸点时的铂的电阻值。国际温标规定，作为基准器的铂电阻，其R100/R0不得小于1.3925。我国工业用铂电阻分度号为BA1、BA2，其R100/R0=1.391。用途：钢铁、
5、地质、石油、化工等生产工艺流程,各种食品加工、空调设备及冷冻库、恒温槽等的温度检测与控制中。2022-9-30第四章 非电量的电测技术热电阻分度表热电阻分度表如何根据已知热电阻的电阻值，得出热电阻感应到的温度如何根据已知热电阻的电阻值，得出热电阻感应到的温度?分度表查询（由于热电阻的非线性）分度表查询（由于热电阻的非线性）P356（Pt100）Rt315.20，对应的温度是？（，对应的温度是？（Pt100）T605目前，我国常用的工业铂电阻有：目前，我国常用的工业铂电阻有：q分度号分度号Pt46，R046.00；q分度号分度号Pt100，R0100.00；q标准铂电阻或实验室用铂电阻的标准铂电
6、阻或实验室用铂电阻的 为为10.00或或30.00。由于铂电阻具有精度高、稳定性好、性能可靠和复现性好由于铂电阻具有精度高、稳定性好、性能可靠和复现性好等特点，国际温标规定，从等特点，国际温标规定，从-259.34630.74温域内以铂温域内以铂电阻温度计作为基准器制定其它温度标准。电阻温度计作为基准器制定其它温度标准。2022-9-30第四章 非电量的电测技术2022-9-30第四章 非电量的电测技术2、铜电阻、铜电阻铜在铜在-50150范围内铜电阻化学、物理性能稳定，范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出输入特性接近线性，价格低廉。输出输入特性接近线性，价格低廉。铜电阻阻值与温度变化之间的关
7、系：铜电阻阻值与温度变化之间的关系：q式中式中 A、B、C常量常量q当温度高于当温度高于100时易被氧化，因此适用于温度较时易被氧化，因此适用于温度较低和没有浸蚀性的介质中工作。低和没有浸蚀性的介质中工作。2022-9-30第四章 非电量的电测技术P358（Cu50）Rt71.40，对应温度是？（Cu50）T1002022-9-30第四章 非电量的电测技术3、其他热电阻、其他热电阻镍使用温度范围是镍使用温度范围是-50-50100100和和-50-50150 150。但目。但目前应用较少：镍非线性严重，材料提取也困难。但前应用较少：镍非线性严重，材料提取也困难。但灵敏度都较高，稳定性好，在自动
8、恒温和温度补偿灵敏度都较高，稳定性好，在自动恒温和温度补偿方面的应用较多。（我国定为标准化热电阻）方面的应用较多。（我国定为标准化热电阻）铟（铟（yinyin）电阻适宜在）电阻适宜在-269-269-258-258温度范围内使用，温度范围内使用，测温精度高，灵敏度是铂电阻的测温精度高，灵敏度是铂电阻的1010倍，但是复现性倍，但是复现性差。差。锰电阻适宜在锰电阻适宜在-271-271-210-210温度范围内使用，灵敏温度范围内使用，灵敏度高，但是质脆易损坏。度高，但是质脆易损坏。碳电阻适宜在碳电阻适宜在-273-273-268.5-268.5温度范围内使用，热温度范围内使用，热容量小，灵敏度
9、高，价格低廉，操作简便，但是热容量小，灵敏度高，价格低廉，操作简便，但是热稳定性较差。稳定性较差。2022-9-30第四章 非电量的电测技术 热电阻的结构比较简单，一般将电阻丝统在云母、热电阻的结构比较简单，一般将电阻丝统在云母、石英、陶瓷、塑料等绝缘骨架上，经过固定，外面再石英、陶瓷、塑料等绝缘骨架上，经过固定，外面再加上保护套管。但骨架性能的好坏，影响其测量精度、加上保护套管。但骨架性能的好坏，影响其测量精度、体积大小和使用寿命。体积大小和使用寿命。下面是关于热电阻的结构、类型的简单了解下面是关于热电阻的结构、类型的简单了解2022-9-30第四章 非电量的电测技术感温元件结构感温元件结构
10、 普通（装配式）铂电阻普通（装配式）铂电阻 2022-9-30第四章 非电量的电测技术铠装式铂电阻比装配式铂电阻直径小，铠装式铂电阻比装配式铂电阻直径小，易弯曲，抗震性好，适宜安装在装配易弯曲，抗震性好，适宜安装在装配式铂电阻无法安装的场合。式铂电阻无法安装的场合。铠装式铂电阻外保护套管采用不锈钢，铠装式铂电阻外保护套管采用不锈钢，内充满高密度氧化物绝缘体，因此，内充满高密度氧化物绝缘体，因此，它具有很强的抗污染性能和优良的机它具有很强的抗污染性能和优良的机械强度，适合安装在环境恶劣的场合。械强度，适合安装在环境恶劣的场合。可直接用铜导线和二次仪表相连接使可直接用铜导线和二次仪表相连接使用。由
11、于它具有良好的电输出特性，用。由于它具有良好的电输出特性，可为显示仪、记录仪、调节器、扫描可为显示仪、记录仪、调节器、扫描器、数据记录仪以及计算机提供准确器、数据记录仪以及计算机提供准确的温度变化信号。的温度变化信号。铠装式铂电阻铠装式铂电阻2022-9-30第四章 非电量的电测技术薄膜铂热电阻元件，把金属铂研制成粉浆，采用先进薄膜铂热电阻元件，把金属铂研制成粉浆，采用先进的激光喷溅薄膜技术，及光刻法和干燥蚀刻法把铂附的激光喷溅薄膜技术，及光刻法和干燥蚀刻法把铂附着在陶瓷基片上形成膜，引线经过激光调阻制成。铂着在陶瓷基片上形成膜，引线经过激光调阻制成。铂金属的长期稳定性、可重复操作性、快速响应
12、及较宽金属的长期稳定性、可重复操作性、快速响应及较宽的工作温度范围等特性使其能够适合多种应用。的工作温度范围等特性使其能够适合多种应用。薄膜铂热电阻薄膜铂热电阻陶瓷、玻璃、薄膜铂热电阻元件陶瓷、玻璃、薄膜铂热电阻元件 2022-9-30第四章 非电量的电测技术二、测量电路二、测量电路U U0 0为指示电表，为指示电表，R R1 1、R R2 2、R R3 3为固定电阻，为固定电阻，RP RP为零为零位调节电阻位调节电阻(适应不同热适应不同热电阻而设置电阻而设置)。热电阻都。热电阻都通过电阻分别为通过电阻分别为R RL1L1R RL2L2R RL3L3的三根导线和电桥的三根导线和电桥连接。连接。
13、若若R R3 3100100，R Rt t为为PtPt100100，R R0 0100100，则，则RPRP00。R Rt t为为PtPt4646，R R0 04646，则，则RPRP5454。1、三线桥接法、三线桥接法2022-9-30第四章 非电量的电测技术当温度变化时，引线的长度当温度变化时，引线的长度和电阻温度系数相同，它们和电阻温度系数相同，它们的电阻变化就不会影响电桥的电阻变化就不会影响电桥的状态，即不会产生温度误的状态，即不会产生温度误差。差。三线连接法的缺点之一是可三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的电阻相连，可能导
14、致电桥的零点不稳。的零点不稳。在实验室精密在实验室精密测量时，采用四线连接法。测量时，采用四线连接法。2022-9-30第四章 非电量的电测技术2、四线连接法、四线连接法图所示为四线连接法，图所示为四线连接法，调零的调零的RP电位器的接电位器的接触电阻和指示电表串联，触电阻和指示电表串联，RN、Rt测量中都有接触测量中都有接触电势。电势。引线引线2和和3在测量时没有在测量时没有电流，引线电阻无影响电流，引线电阻无影响qRN标准电阻标准电阻qRt热电阻热电阻测量时，开关测量时，开关S2分别分别切换到切换到RN、Rt上压降。上压降。Rt（Ut/UN）RN2022-9-30第四章 非电量的电测技术例
15、例4-134-13在较窄温域内铂电阻与温度关系可视为线性在较窄温域内铂电阻与温度关系可视为线性PtPt100100的的R R0 0=100=100，=0.00394/=0.00394/。图。图4-884-88是铂电阻二线制接是铂电阻二线制接入桥路，已知入桥路，已知R R1 1=R=R2 2=1000=1000，R R3 3=100=100，引线电阻，引线电阻r=5r=5，被测，被测温度温度t=300t=300。求二线制接法引起的测量误差。求二线制接法引起的测量误差。解：解：t=300时，热电阻的阻值为：时，热电阻的阻值为：按图按图4-87a三线制接法，引线电阻不会三线制接法，引线电阻不会引起误
16、差，（引起误差，（RP=0）其输出电压为：）其输出电压为：)1(0atRRt218.2300)0.00394100(1)1(0atRRtUrRRrRrRRrRUtto)(31321mV875V10)51001000510052.218100052.218(2022-9-30第四章 非电量的电测技术图图4-88 热电阻两线制接入桥路热电阻两线制接入桥路按图按图4-88二线制接法，输出电压为：二线制接法，输出电压为：因此引起的相对误差为：因此引起的相对误差为：URRRrRRrRUtto)22(31322mV949V10)1001000100102.2181000102.218(%46.8%1008
17、75875949%100112oooUUU由此可见，两线制接法引线电阻引起的误差是相当大由此可见，两线制接法引线电阻引起的误差是相当大的。使用时必须引起足够重视。的。使用时必须引起足够重视。2022-9-30第四章 非电量的电测技术三、三、热电阻的应用热电阻的应用1 1、热电阻温度计热电阻温度计 通常工业上用于测温是采用铂电阻和铜电阻作为通常工业上用于测温是采用铂电阻和铜电阻作为敏感元件，测量电路用得较多的是电桥电路。为了克敏感元件，测量电路用得较多的是电桥电路。为了克服环境温度的影响常采用图所示的三导线四分之一电服环境温度的影响常采用图所示的三导线四分之一电桥电路。由于采用这种电路，热电阻的
18、两根引线的电桥电路。由于采用这种电路，热电阻的两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中，如果，则由于环境阻值被分配在两个相邻的桥臂中，如果，则由于环境温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵消。消。2022-9-30第四章 非电量的电测技术2、热电阻式流量计、热电阻式流量计热电阻流量计的电原理图。热电阻流量计的电原理图。两个铂电阻探头两个铂电阻探头R Rt1t1、R Rt2t2，R Rt1t1放在管道中央，它的散放在管道中央，它的散热情况受介质流速的影响。热情况受介质流速的影响。R Rt2t2放在温度与流体相同，放在温度与流体相同，但不受介质
19、流速影响的小但不受介质流速影响的小室中。当介质处于静止状室中。当介质处于静止状态时，电桥处于平衡状态，态时，电桥处于平衡状态，流量计没有指示。当介质流量计没有指示。当介质流动时，由于介质流动带流动时，由于介质流动带走热量，温度的变化引起走热量，温度的变化引起阻值变化，电桥失去平衡阻值变化，电桥失去平衡而有输出，电流计指示直而有输出，电流计指示直接反映了流量的大小。接反映了流量的大小。2022-9-30第四章 非电量的电测技术3、利用运放进行非线性校正的数字测温和控制仪、利用运放进行非线性校正的数字测温和控制仪图4-91 非线性校正电路及其特性a）非线性校正电路.56.1V3.0)3350.1381(50.138C10021.1V3.0)331001(100C003.1V3.0)3331.801(31.80C50100Pt)1(,3.000010VURtVURtVURtRURRUVUttttINtIN，查表，查表，查表，为2022-9-30第四章 非电量的电测技术输出电压与温度t的关系曲线2022-9-30第四章 非电量的电测技术图图4-92 利用运放进行非线性校正的数字测温利用运放进行非线性校正的数字测温/控制仪控制仪2022-9-30第四章 非电量的电测技术思考题思考题热电阻式流量计热电阻式流量计 2022-9-30第四章 非电量的电测技术
