2.3 电阻式温度传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（人民邮电版）

2.3 电阻式温度传感器 2024/1/4 1 缺点：需要电源激励，有自热现象，影响测量精度。 特点： 优点：灵敏度高，信号可远传，无需参比温度，性能稳定，测量精度高（尤其在中、低温范围内其精度高于热电偶温度计），测温范围较宽（-260～960°C）。 1 一、测温原理 根据金属导体或金属氧化物半导体的电阻值随温度变化的特性。因此，只要测出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出被测温度。 目前，主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类 2024/1/4 2 2024/1/4 3 绝大多数金属具有正的电阻温度系数，即温度越高，电阻越大，电阻随温度的变化可用多项式表示： 大多数半导体材料具有负的电阻温度系数，其电阻值与热力学温度的关系为 其中RT，RT0分别为温度为T、T0时的电阻值，B为取决于半导体材料和结构的常数 其中，Rt和R0分别为t C和0C的电阻值，A、B、C均为常数，由热电阻的材料决定 温度每改变1度，电阻值的相对变化 3 2024/1/4 4 材料选择要求： ①电阻与温度变化成单值连续关系，最好是线性 ②电阻温度系数要尽可能大，以得到高灵敏度 ③电阻率要大，减小热电阻的体积，减小热惯性 ④在测温范围内物理化学性质稳定 ⑤复现性好，复制性强，价格低 ＊目前使用较多的热电阻材料为铜、铂。 电阻的温度系数： 4 2024/1/4 铂热电阻、铜热电阻比较见表2-6，分度表见附录 5 1、铜热电阻 特点：铜热电阻线性较好，价格低，但电阻率低，因而体积较大，热响应慢。 电阻与温度的关系为： 使用范围：-50～150℃，分度号为Cu50和Cu100。 二、标准热电阻 2024/1/4 6 2、铂热电阻 特点：铂热电阻的精度高，体积小，测温范围宽，稳定性好，再现性好，但是价格较贵。 陶瓷铂热电阻与温度的关系为： 测温范围：-260～960℃，分度号为Pt10和Pt100。 6 3. 其它热电阻 铁和镍电阻：应用较少 灵敏度高， 电阻率较大。 易氧化，不易提纯，非线性。 铟电阻 锰电阻 碳电阻 低温测量 -273～-268.5℃，热容量小 ，灵敏度高 热稳定性较差。 -269～-258℃，测量精度高，灵敏度高 。 重现性差 。 -271～-210℃用，灵敏度高 脆性高 ，易损坏； 7 2024/1/4 8 3、标准热电阻的结构 普通型、铠装型 普通型装配式热电阻 8 2024/1/4 9 汽车用水温传感器及水温表 铜热电阻 小型铂热电阻 普通型铂热电阻温度传感器 薄膜型铂热电阻 2024/1/4 10 铠装热电阻 将铂热电阻感温元件、引线、绝缘粉组装在不锈钢管内再经模具拉伸构成坚实整体。 优点：坚实、抗震、线径小、使用安装方便。 2024/1/4 11 4、热电阻引线方式 引线方式有二线制、三线制和四线制三种。 r r 这种引线方式简单、费用低，但是引线电阻以及引线电阻的变化会带来附加误差。 两线制适于引线不长、测温精度要求较低的场合。 二线制 En Rt R3 R2 R1 a RJ b d c G 11 2024/1/4 12 三线制 En Rt R3 R2 R1 a RJ b d c G r r r 图中Rt的三根连接导线，直径和长度均相同，阻值都为r。 （1）电桥平衡测电阻 电桥平衡 R1(R3+r)=R2(Rt+r) 若设计R1=R2，则Rt=R3 ，则温度变化时调整R3使电桥平衡，可变电阻R3即可刻度Rt，同时不受连线电阻影响 12 2024/1/4 13 En Rt R3 R2 R1 a RJ b d c G r r r （2）电桥不平衡测电阻 除Rt外，其余电阻均不可变 假设设计工况（如0C时）电桥平衡，温度变化时Rt变化，电桥不再平衡，根据检流计中的电流值及其它元件参数，可计算Rt 。 此时，测量精度与电路中的所有元件相关，且这些元件均要保持稳定，导线电阻也不能完全补偿。 13 2024/1/4 14 四线制 电位差计 + — I r r r r U Rt 恒流源 热电阻两端各连两根导线，其中两根导线连接恒流源，另两根连接测量仪表（如电位差计）。 电位差计是高阻抗，故连线电阻r对电位差U不产生影响。可用于高精度检测。 图2.3.5 (c) 四线制单臂电桥测量转换电路 G——检流计，R1 ，R2 ，R3——固定电阻， R a——零位调节电阻， R t ——热电阻 2024/1/4 15 用金属氧化物构成半导体材料作为电阻体的测温敏感元件。 三、热敏电阻 温度系数：有正、负和临界温度系数三种。其温度特性曲线如图。 温度检测用热敏电阻主要是负温度系数热敏电阻。其余两种多用于温度开关器件。 2024/1/4