热电阻式传感器.ppt

1、7.3 热电阻式传感器热电阻式传感器l7.3.1 金属热电阻金属热电阻l7.3.2 半导体热敏电阻半导体热敏电阻l7.3.3 热电阻式传感器的应用热电阻式传感器的应用 基于导体或半导体的电阻值随温度而变化的特性。基于导体或半导体的电阻值随温度而变化的特性。优点：信号可以远传、灵敏度高、无参比温度。优点：信号可以远传、灵敏度高、无参比温度。金属热电阻稳定性好、准确度高，可作为基准仪表。金属热电阻稳定性好、准确度高，可作为基准仪表。缺点：电源激励、自热现象，影响精度。缺点：电源激励、自热现象，影响精度。7.3.1 金属热电阻金属热电阻作为热电阻的材料要求：作为热电阻的材料要求：电阻温度系数要大，以

2、提高热电阻的灵敏度；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；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；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；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；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。应有良好的可加工性，且价格便宜。热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒使用最广泛的热电阻材料是铂和铜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l铂热电阻铂

3、热电阻主主要要作作为为标标准准电电阻阻温温度度计计，广广泛泛应应用用于于温温度度基准、标准的传递。基准、标准的传递。l铜热电阻铜热电阻测量精度要求不高且温度较低的场合，测量测量精度要求不高且温度较低的场合，测量范围一般为范围一般为50150。铂热电阻铂热电阻 目前最好材料目前最好材料l长长时时间间稳稳定定的的复复现现性性可可达达10-4 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铂电阻的精度与铂的提纯程度有关 l 百度电阻比百度电阻比 W（100）越高，表示铂丝纯度越高，）越高，表示铂丝纯度越高，l国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻

4、，国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，W（100）1.3925l目前技术水平已达到目前技术水平已达到W（100）1.3930，相当于，相当于99.9995%l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。铂丝的电阻值与温度之间的关系，即特性方程如下铂丝的电阻值与温度之间的关系，即特性方程如下:当温度当温度 t 在在0 t 650时：时：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10和和100两种，分度号分别为两种，分度号分别为Pt10和和Pt100，并给出其分度表（给出阻值和温度的关系）并给出其分度表（给

5、出阻值和温度的关系）当温度当温度t 在在200 t 0时：时：铜热电阻铜热电阻l应用：测量精度要求不高且温度较低的场合应用：测量精度要求不高且温度较低的场合测量范围：测量范围：50150l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，容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。高，容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。l缺缺点点：易易于于氧氧化化，一一般般只只用用于于150以以下下的的低低温温测测量量和和没没有有水水分分及及无无侵侵蚀蚀性性介介质质的的温温度度测测量量。与与铂铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。铜

6、电阻的阻值与温度之间的关系为铜电阻的阻值与温度之间的关系为工业上使用的标准化铜热电阻的工业上使用的标准化铜热电阻的R0按国内统一设按国内统一设计取计取50和和100两种，分度号分别为两种，分度号分别为Cu50和和Cu100，相应的分度表可查阅相关资料。，相应的分度表可查阅相关资料。A、B、C为常数，常取为常数，常取A(4.254.28)10-3/.铜热电阻铜热电阻2.热电阻的结构热电阻的结构普普通通工工业业用用热热电电阻阻式式温温度度传传感感器器热电阻的结构热电阻的结构电阻丝采用无感绕法（两线圈电流流向相反，电感互相电阻丝采用无感绕法（两线圈电流流向相反，电感互相抵消）绕在绝缘支架上，图抵消）

7、绕在绝缘支架上，图b所示。所示。1 1电阻体；电阻体；2 2瓷绝缘套管；瓷绝缘套管；3 3不锈钢套管；不锈钢套管；4 4安装固定件；安装固定件；5 5引线口；引线口；6 6接线盒；接线盒；7 7芯柱；芯柱；8 8电阻丝；电阻丝；9 9保护膜；保护膜；1010引线端引线端热电阻阻结构构小型小型铂热电阻阻汽车用水温传感器及水温表汽车用水温传感器及水温表铜热电阻铜热电阻7.3.2 半导体热敏电阻半导体热敏电阻l利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成l由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结l优优 点：点：热敏电阻的

8、温度系数比金属大（热敏电阻的温度系数比金属大（49倍）倍）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、表面温度表面温度及快速变化的温度。及快速变化的温度。结构简单、机械性能好。结构简单、机械性能好。l缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。1.热敏电阻特点与类型热敏电阻特点与类型正温度系数正温度系数(PTC)负温度系数负温度系数(NTC)临界温度系数临界温度系数(CTR)热敏电阻典型特性热敏电阻典型特性 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：用途：各种电器设备的

9、过热保护，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热敏电阻热敏电阻临界温度系数临界温度系数 以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物在弱还原气氛中混合烧结而成。在某个温度上化物在弱还原气氛中混合烧结而成。在某个温度上电阻值急剧变化电阻值急剧变化,具有开关特性。具有开关特性。用途：温度开关用途：温度开关 热敏电阻分类热敏电阻分类热敏电阻分类热敏电阻分类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、Co、Ni、Fe、Cu等过渡金属氧等过渡金属氧化物化物 混合烧结而成，改变混合

10、物的成分和配比混合烧结而成，改变混合物的成分和配比就可以获得测温范围、阻值及温度系数不同的就可以获得测温范围、阻值及温度系数不同的NTC热敏电阻。热敏电阻。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2.热敏电阻的结构热敏电阻的结构l构成：热敏探头、引线、壳体构成：热敏探头、引线、壳体l二端和三端器件：二端和三端器件：为为直直热热式式，即即热热敏敏电电阻阻直直接接由由连连接的电路获得功率；接的电路获得功率；l四端器件：旁热式四端器件：旁热式l体积达到小型化与超小型化。体积达到小型化与超小型化。热敏电阻

11、的结构形式热敏电阻的结构形式 热敏电阻外形热敏电阻外形 MF12型型 NTC热敏电阻热敏电阻聚脂塑料封装聚脂塑料封装热敏电阻热敏电阻其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 玻璃封装玻璃封装NTC热敏电阻热敏电阻MF58 型热敏电阻型热敏电阻其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 带安装孔的热敏电阻带安装孔的热敏电阻大功率大功率PTC热敏电阻热敏电阻其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 贴片式贴片式NTC热敏电阻热敏电阻其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 MF58型（珠形）高精型（珠形）高精度负温度系数热敏电阻度负温度系数热敏电阻MF5A-3型热敏电阻型热敏电阻非标热敏电阻非标热敏电阻3.热敏电阻

12、的主要特性热敏电阻的主要特性 温度特性温度特性NTC型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻-温度特性温度特性 式中式中 RT,R0热敏电阻在绝对温度热敏电阻在绝对温度T，T0时的阻值时的阻值()；T0,T 介质的起始温度和变化温度（介质的起始温度和变化温度（K）；）；t0,t 介质的起始温度和变化温度（介质的起始温度和变化温度（）；）；B 热敏电阻材料常数，一般为热敏电阻材料常数，一般为20006000K，其大小取决于热敏电阻的材料。其大小取决于热敏电阻的材料。若已知两个电阻值以及相应的温度值，就可求得若已知两个电阻值以及相应的温度值，就可求得B值。值。一般取

13、一般取20和和100时的电阻时的电阻R20 和和R100计算计算B值，值，即将即将T=373K，T0=293K代入上式，则代入上式，则将将B值及值及R0=R20 代入式就确定了热敏电阻的温度特性代入式就确定了热敏电阻的温度特性:B和和值是表征热敏电阻材料性能的两个重要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电参数，热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的电阻温度系数高很多，所以它的灵敏度很高。阻温度系数高很多，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时，电时，电阻值的相对变化量阻值的相对变化量

14、伏安特性伏安特性l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与其两端的电压与其两端的电压U之间的关系。之间的关系。l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:不足以使之加热。电阻不足以使之加热。电阻值只决定于环境温度，伏安特性是直线，遵循欧姆定值只决定于环境温度，伏安特性是直线，遵循欧姆定律。主要用来律。主要用来测温测温。l当当电电流流增增大大到到一一定定值值时时：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

15、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热条条件件。可可用用它它来来测测量量流流体体速速度和介质密度度和介质密度。4.热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数 标标称称电电阻阻值值RH:在在环环境境温温度度为为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阻。其其大大小小取取决决于于热热敏敏电电阻阻的的材材料料和和几几何尺寸。何尺寸。材材料料常常数数B(K)：描描述述材材料料特特性性

16、的的一一个个常常数数，取取决决于于热热敏电阻材料的激活能力，值大，灵敏度高。敏电阻材料的激活能力，值大，灵敏度高。(3)电电阻阻温温度度系系数数：指指温温度度升升高高1时，电阻阻值的的相相对变化量。化量。电阻率越高，温度系数也越大。阻率越高，温度系数也越大。(4)耗耗散散系系数数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时热敏电阻所耗散的功率，单位为时热敏电阻所耗散的功率，单位为mW/；(5)热热容容量量C 热热敏敏电电阻阻的的温温度度变变化化1所所需需吸吸收收或或释释放放的的热量，单位为热量，单位为J；(6)能量灵敏度能量灵敏度G（W）使热敏电阻的阻值变化使热敏电阻的阻值变化1所需耗散的功率。所需耗散的功率。(7)时时间间常常数数 温温度度为为T0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 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=0.63(TT0)时所需的时间。时所需的时间。(8)额额定定功功率率PE 在在标标准准压压力力（750mmHg）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