第4章 温度量传感--热电阻（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学）

* 第4章 温度量传感 将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器 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，后者简称热敏电阻。 §4-2 热电阻、热敏电阻传感器及其应用 一. 热电阻 1.热电阻的特点 热电阻材料必须具有以下特点： (1).电阻值与温度变化具有良好线性关系； (2).高温度系数、高电阻率。这样在同样条件下可加快反应速度，提高灵敏度，减小体积和重量。 (3).化学、物理性能稳定。以保证在使用温度范围内热电阻的测量准确性。 (4).材料质量好，良好的工艺性，以便于批量生产、降低成本。 适宜制作热电阻的材料有铂、铜、镍、铁等。 2.铂、铜热电阻的特性 铂、铜为应用最广的热电阻材料。虽然铁、镍的温度系数和电阻率均比铂、铜要高，但由于存在着不易提纯和非线性严重的缺点，因而用得不多。 铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出－输入特性接近线性，测量精度高。 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℃。 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， R0分为10Ω和100Ω两种，分度号分别为Pt10和Pt100， 其分度表（给出阻值和温度的关系）见书P118的表4.5 ⑴ 铂热电阻 目前最好材料 ⑵ 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 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， 相应的分度表见表4.6。 二. 热电阻应用 1.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 铂热电阻结构示意图 2、热电阻测温线路 工业用热电阻安装在生产现场，而其指示或记录仪表安装在控制室，其引线很长，如果仅用两根导线接在热电阻两端，导线本身的阻值必然和热电阻的阻值串联在一起，造成测量误差。如果每根导线的阻值是r，测量结果中必然含有绝对误差2r。实际上这种误差很难修正，因为导线阻值r是随其所处环境温度而变的，而环境温度变化莫测，这就注定了用两线制连接方式不宜在工业热电阻上应用。 （一）三线制(四分之一电桥电路） （二）四线制 * 三线制测量电桥 四线制接法 3，应用：热电阻式流量计 E R1 R2 Rp Rt1 Rt2 问题1 简述 热敏电阻的主要特点 2 热敏电阻的典型结构 3 热敏电阻的主要材料 4 热敏电阻的工作原理 §4-3.2 热敏电阻温度传感器 早在1837年人们就发现Ag2S的电导率随温度的改变而变化这一现象。最早用来制造热敏电阻的是VO2，美国贝尔实验室早在1940年左右利用Mn、Co、Ni、Cu等金属氧化物研制出工艺简单、性能良好的热敏电阻器。 （一）热敏电阻器的电阻——温度特性（RT—T） 1 3 4 铂丝 40 60 120 160 0 100 101 102 103 104 105 106 RT/Ω 温度T/ºC 热敏电阻的电阻--温度特性曲线1-NTC；3-4 PTC 1、热敏电阻器主要特性 ρT—T与RT—T特性曲线一致： 负电阻温度系数(NTC) 正电阻温度系数（PTC） PTC热敏电阻器的静态伏安特性 （二）热敏电阻器的伏安特性（U—I） 热敏电阻器伏安特性表示加在其两端的电压和通过的电流，在热敏电阻器和周围介质热平衡（即加在元件上的电功率和耗散功率相等）时的互相关系。 1．正温度系数（PTC）热敏电阻器的伏安特性 当电压增至Um时，存在一个电流最大值Im；如电压继续增加，由于温升引起电阻值增加速度超过电压增加的速度，电流反而减小，即曲线斜率由正变负。   104 103 102 101 105 Um 101 102 103 100 10-1 Im 2.负温度系数（NTC）热敏电阻器的伏安特性 该曲线是在环境温度为T0时的静态介质中测出的静态U—I曲线。