2 ～ 3 热电阻式传感器

22 ～～ 3 3 热电阻式传感器热电阻式传感器

一金属热电阻

二半导体热敏电阻

三热电阻式传感器的应用

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一金属热电阻一金属热电阻

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：

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. 1. 常用热电阻常用热电阻

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℃。


⑴ ⑴ 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

0

100)100(R

RW 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 。


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：

])100(1[ 320 ttCtBtARRt

当温度 t 在 0 ≤ ℃ t ≤650℃ 时：

]1[ 20 tBtARRt

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）


⑵ ⑵ 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：― 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。


铜电阻的阻值与温度之间的关系为

)1(0 tRRt

关系是线性的

工业上使用的标准化铜热电阻的 R0

按国内统一设计取 50Ω 和 100Ω 两种，分度号分别为 Cu50 和 Cu100 ，相应的分度表可查阅相关资料。


2. 2. 热电阻的结构热电阻的结构


普通工业用热电阻式温度传感

器

铜热电阻结构示意图

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二半导体热敏电阻二半导体热敏电阻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，适于测量点温、

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。


热敏电阻分类：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


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


2. 2. 热敏电阻的结构热敏电阻的结构

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


热敏电阻的结构形式热敏电阻的结构形式


三热电阻式传感器的应用三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。


11 、金属热电阻传感器、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。


三线制三线制

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，R a——零位调节电阻， R t —— 热电阻


四线制接法四线制接法

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


铂测温电阻传感器铂测温电阻传感器

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


22 、半导体热敏电阻传感器、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


⑴ ⑴ 温度测量温度测量


热敏电阻点温计

⑵ ⑵ 温度控制温度控制


简易温度控制

器

⑶ ⑶ 温度补偿温度补偿


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

⑷ ⑷ 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

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热敏电阻流量

计

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