第10章 热电式传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学·2021）

传感器与检测技术 工程检测技术 热电式传感器 温度——电量 接触式主要采用： 热电阻——将温度转化为电阻值的变化； 热敏电阻——将温度转化为电阻值的变化（材料不同）； 热电偶——将温度转化为电势； 集成（半导体）温度传感器—— 利用半导体材料的温度特性。 非接触式主要采用： 1.辐射式温度计； 2.光纤式温度计等。 工程检测技术 热电阻式传感器 当温度变化时，金属导体的电阻率会发生变化，阻值 与温度呈函数关系，一般都具有正温度系数t。 热电阻材料要求： ①电阻温度系数大，电阻随温度变化保持单值并且最好呈 线性关系； ②热容量小； ③电阻率尽量大； ④物理和化学性能稳定； ⑤容易获得较纯物质，材料复制性好，价格便宜。 工程检测技术 常用热电阻 铂丝的电阻值与温度之间 的关系为： 当温度t为 0 ℃ 850 ℃时 Rt=R0[1+At+Bt2] 当温度t为-200 ℃ 0 ℃时 Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)3] Rt—温度为t℃时的电阻值。 R0—0 ℃时的电阻值； A=3.940×10-3/℃ B=-5.802×10-7/℃ C=-4.274×10-12/℃ 工程检测技术 常用热电阻 铂热电阻的精度与铂的纯度有关，纯度可用下式表示： 作为基准器W（100）1.3925 目前技术水平W（100）=1.3930 工程检测技术 常用热电阻 分度号BA2： 系数 A=3.9684710-3/ ℃ B=-5.84710-7/ ℃2 C=-4.2210-12/ ℃4 分度号Pt100： 系数 A=3.9080210-3/ ℃ B=-5.8019510-7/ ℃2 C=-4.2730510-12/ ℃4 工程检测技术 常用热电阻 2.铜热电阻 在-50 ℃ 150 ℃范围内: Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3] A=4.2889910-3/ ℃ B=-2.13310-7/ ℃2 C=1.23310-12/ ℃4 对于Cu100传感器: 工程检测技术 常用热电阻 一般可以近似为: Rt=R0(1+t) 温度系数  =(4.28899)10-3/ ℃ 工程检测技术 常用热电阻 图9-1 几种纯金属的电阻相对变化率与温度变化间关系 工程检测技术 热电阻式传感器结构 工程检测技术 热电阻测温线路 热电阻测温电桥 工程检测技术 热电阻测温线路 图9-2 热电阻测温电桥的三线连接法 工程检测技术 热电阻测温线路 图9-3 热电阻测温电桥的四线连接法 工程检测技术 热电阻测温线路 图9-4 热电阻测温电桥的非线性 对应变电阻： 对金属热电阻： 不成立！ 0 ～ 100℃范围 ： 工程检测技术 热电阻测温线路 图9-5 热电阻测温电桥的非线性 U0 0 0 相对非线性误差： 工程检测技术 热电阻测温线路 用等臂电桥测量时，如果热电阻采用Pt100，当温度在0～100℃范围变化，输出电压相对非线性误差 很大！ 工程检测技术 热电阻测温线路 如何减小非线性误差？ 增大k值！ 0 工程检测技术 热电阻测温线路 图9-6 电流源激励电路 对铂热电阻： 线性关系！ 后续放大电路可采用运算放大器 工程检测技术 热电阻测温线路 图9-8 电流信号传输 温度-电流 变送器 图9-7 电压信号传输 温度-电压 变送器 工程检测技术 热敏电阻 优点： 1.灵敏度高，比一般金属电阻大10-100倍； 2.体积小； 3. 使用方便，热惯性小，不必考虑引线电阻。 缺点： 线性度差，稳定性、互换性差。 工程检测技术 热敏电阻 采用金属氧化物半导体材料制成。 NTC—Mn，Co，Ni，Fe，Cu过渡金 属氧化物混合烧结； PTC—钛酸钡掺和稀土元素烧结成的 半导体陶瓷； CTR—三氧化二钒与钡、硅等氧化物 混合