热电阻式传感器.pptx

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热电阻式传感器.pptx

会计学 1热电阻式传感器1.常用热电阻n n 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。n n 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50150。上一页下一页返回第1页/共34页铂热电阻目前最好材料目前最好材料长长时时间间稳稳定定的的复复现现性性可可达达10 10-4-4 K K，是是目目前前测测温温复现性最好的一种温度计。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。上一页下一页返回第2页/共34页铂丝的电阻值与温度之间的关系，即特性方程如下：当温度t在200 t 0 时：当温度t在0 t 650 时：国内统一设计的工业用标准铂电阻，W（100）1.391，R 0 分为50和100两种，分度号分别为Pt50和Pt100，其分度表（给出阻值和温度的关系）上一页下一页返回第3页/共34页铜热电阻n n 应应用：用：测量精度要求不高且温度较低的场合测量精度要求不高且温度较低的场合测量范围：测量范围：50 50 150 150 n n 优优点：点：温温度度范范围围内内线线性性关关系系好好，灵灵敏敏度度比比铂铂电电阻阻高高，容容易易提提纯、加工，价格便宜，复制性能好。纯、加工，价格便宜，复制性能好。n n 缺缺点：点：易易于于氧氧化化，一一般般只只用用于于150 150 以以下下的的低低温温测测量量和和没没有有水分及无侵蚀性介质的温度测量。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。与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。上一页下一页返回第4页/共34页铜电阻的阻值与温度之间的关系为关系是线性的工业上使用的标准化铜热电阻的R 0按国内统一设计取50和100两种，分度号分别为Cu50和Cu100，相应的分度表可查阅相关资料。上一页下一页返回第5页/共34页2.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第6页/共34页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第7页/共34页6.2.2 半导体热敏电阻利用半导体的利用半导体的电阻值随温度显著变化电阻值随温度显著变化的特性制成的特性制成由由金属氧化物金属氧化物和和化合物化合物按不同的配方比例按不同的配方比例烧结烧结优优点：点：(1)(1)热敏电阻的温度系数比金属大（热敏电阻的温度系数比金属大（4 4 9 9倍）倍）(2)(2)电电阻阻率率大大，体体积积小小，热热惯惯性性小小，适适于于测测量量点点温温、表面温度及快速变化的温度。表面温度及快速变化的温度。(3)(3)结构简单、机械性能好。结构简单、机械性能好。缺点：缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。线性度较差，复现性和互换性较差。上一页下一页返回第8页/共34页热敏电阻分类：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第9页/共34页PTC PTC热敏电阻热敏电阻正温度系数正温度系数钛酸钡掺合稀土元素烧结而成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，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，限流元件发热源的定温控制，限流元件。CTR CTR热敏电阻热敏电阻负温度系数负温度系数以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱还原气氛中混合烧结而成物的弱还原气氛中混合烧结而成用途：温度开关。用途：温度开关。NTC NTC热敏电阻热敏电阻很高的负电阻温度系数很高的负电阻温度系数主要由主要由Mn Mn、Co Co、Ni Ni、Fe Fe、Cu Cu等过渡金属氧化物等过渡金属氧化物混合烧结而成混合烧结而成应用：点温、表面温度、温差、温场等测量应用：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自动控制及电子线路的热补偿线路上一页下一页返回第10页/共34页NTC热敏电阻1.热敏电阻的主要特性2.热敏电阻的结构3.热敏电阻的主要参数4.热敏电阻的线性化上一页下一页返回第11页/共34页1.热敏电阻的主要特性温度特性伏安特性上一页下一页返回第12页/共34页温度特性NTC型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻-温度特性式中 R T,R 0 热敏电阻在绝对温度T，T 0 时的阻值()；T 0,T 介质的起始温度和变化温度（K）；t 0,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20006000K，其大小取决于热敏电阻的材料。上一页下一页返回第13页/共34页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R 20 和R 100 计算B值，即将T=373K，T 0=293K代入上式，则将B值及R 0=R 20 代入式就确定了热敏电阻的温度特性:上一页下一页返回第14页/共34页 B和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热敏电阻在其本身温度变化1 1 时，电阻值的相对变化量时，电阻值的相对变化量上一页下一页返回第15页/共34页伏安特性n n 在稳态情况下，通过热敏电阻的电流在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I I与其两与其两端的电压端的电压U U之间的关系，之间的关系，上一页下一页返回第16页/共34页伏安特性当流过热敏电阻的电流很小时当流过热敏电阻的电流很小时:不不足足以以使使之之加加热热。电电阻阻值值只只决决定定于于环环境境温温度度，伏伏安安特特性性是直线，遵循欧姆定律。主要用来是直线，遵循欧姆定律。主要用来测温测温。当电流增大到一定值时：当电流增大到一定值时：流流过过热热敏敏电电阻阻的的电电流流使使之之加加热热，本本身身温温度度升升高高，出出现现负负阻阻特特性性。因因电电阻阻减减小小，即即使使电电流流增增大大，端端电电压压反反而而下下降降。其其所所能能升升高高的的温温度度与与环环境境条条件件(周周围围介介质质温温度度及及散散热热条条件件)有有关关。当当电电流流和和周周围围介介质质温温度度一一定定时时，热热敏敏电电阻阻的的电电阻阻值值取取决决于于介介质质的的流流速速、流流量量、密密度度等等散散热条件。可用它来热条件。可用它来测量流体速度和介质密度测量流体速度和介质密度。上一页下一页返回第17页/共34页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第18页/共34页热敏电阻的结构形式上一页下一页返回第19页/共34页3.热敏电阻的主要参数标标称称电电阻阻值值R RH H 在在环环境境温温度度为为250.2 250.2 时时测测得得的的电电阻阻值值，又又称称冷冷电电阻。其大小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。阻。其大小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。耗耗散散系系数数H H 指指热热敏敏电电阻阻的的温温度度与与周周围围介介质质的的温温度度相相差差1 1 时时热热敏敏电电阻所耗散的功率，单位为阻所耗散的功率，单位为m mW W/；热热容容量量C C 热热敏敏电电阻阻的的温温度度变变化化1 1 所所需需吸吸收收或或释释放放的的热热量量，单单位位为为J J；上一页下一页返回第20页/共34页能量灵敏度能量灵敏度G G（W W）使热敏电阻的阻值变化使热敏电阻的阻值变化1 1所需耗散的功率。所需耗散的功率。时时间间常常数数温温度度为为T T0 0的的热热敏敏电电阻阻突突然然置置于于温温度度为为T T 的的介介质质中中，热热敏敏电电阻阻的的温温度度增增量量 T T=0.63 0.63(T T T T0 0)时所需的时间。时所需的时间。额额定定功功率率P PE E 在在标标准准压压力力（750 750mmHg mmHg）和和规规定定的的最最高高环环境境温温度度下下，热热敏敏电电阻阻长长期期连连续续使使用用所所允允许许的的耗耗散散功功率率，单单位位为为W W。在在实实际际使使用用时时，热热敏敏电电阻阻所所消消耗耗的的功功率率不不得得超超过过额额定定功功率率上一页下一页返回第21页/共34页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的最佳值第22页/共34页6.2.3 热电阻式传感器的应用1、金属热电阻传感器 200 200+500+500范围的温度测量范围的温度测量特点：精度高、适于测低温。特点：精度高、适于测低温。2、半导体热敏电阻传感器应应用用范范围围很很广广，可可在在宇宇宙宙航航船船、医医学学、工工业业及及家家用用电电器器等等方方面面用用作作测测温温、控控温温、温温度度补补偿偿、流流速速测测量量、液面指示等。液面指示等。上一页下一页返回第23页/共34页1、金属热电阻传感器工业广泛使用，工业广泛使用，200 200+500+500 范围温度测量。范围温度测量。在在特特殊殊情情况况下下，测测量量的的低低温温端端可可达达3.4 3.4K K，甚甚至至更更低，低，1 1K K左右。高温端可测到左右。高温端可测到1000 1000。温度测量的特点：温度测量的特点：精度高、适于测低温。精度高、适于测低温。传感器的测量电路：经常使用传感器的测量电路：经常使用电桥电桥精度较高的是自动电桥。精度较高的是自动电桥。为为消消除除由由于于连连接接导导线线电电阻阻随随环环境境温温度度变变化化而而造造成成的测量误差，常采用的测量误差，常采用三线制三线制和和四线制四线制连接法。连接法。上一页下一页返回第24页/共34页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，R 1，R 2，R 3 固定电阻，R a 零位调节电阻，R t 热电阻上一页下一页返回第25页/共34页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第26页/共34页铂测温电阻传感器 n n 铂测温电阻缺点铂测温电阻缺点：响应速度慢、容易破损、：响应速度慢、容易破损、难于测定狭窄位置的温度。难于测定狭窄位置的温度。n n 现现逐逐渐渐使使用用能能大大幅幅度度改改善善上上述述缺缺点点的的极极细细型型铠铠装装铂铂测测温温电电阻阻，因因而使应用领域进一步扩大。而使应用领域进一步扩大。n n 主要应用：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、物化设备及恒温槽和航空、物化设备及恒温槽上一页下一页返回第27页/共34页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 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133.32210-5 Pa。（b）可检测管内气体介质成分比例变化、热风流速变化上一页下一页返回第28页/共34页2、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上一页下一页返回第29页/共34页温度测量上一页下一页返回热敏电阻点温计第30页/共34页温度控制上一页下一页返回简易温度控制器第31页/共34页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第32页/共34页

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