热电阻及热敏电阻.

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1、 利用热电阻、热敏电阻、半导体测温IC等构成的 传感器。 第第7 7章章.2.2 热电阻式传感器热电阻式传感器 热电阻热电阻 热敏电阻热敏电阻 半导体测温半导体测温ICIC 热电阻热电阻 热敏电阻热敏电阻 半导体测温半导体测温ICIC 热电阻热电阻 Georg Simon Ohm（1787-1854) 1787年生于巴伐利亚埃尔兰根城，其父亲是一个锁匠，对哲学 和数学都十分爱好 1803年考入埃尔兰根大学，未毕业就在一所中学教书。 1811年欧姆又回到埃尔兰根完成了大学学业，并通过考试于 1813年获得哲学博士学位 1817年，他的几何学教科书一书出版 1826年，欧姆用伏打电池和温差电池做实

2、验时，发现：电流强 度与导线长度成反比，完成金属导电定律的测定的论文， 发表在德国化学和物理学杂志上 1827年出版的动力电路的数学研究一书中，从理论上推导 了欧姆定律 为了纪念他，人们把电阻的单位命名为欧姆 欧姆定律被发现以后，人们在实验研究的过程 中发现，导体的电阻值不是恒定的，与温度变化息 息相关。 电阻值变化温 度 热电阻热电阻 热电阻的工作原理 热电阻测温的基础： 电阻率随温度升高而增大，具有正的 温度系数 特点: 准确度高，适宜于测低温 工业上一般用来测量200500 范围的温度，现在已可以测量的低温 端：1K 高温端：1000 热电阻分度表 热电阻热电阻 热电阻的材料 作为测温热

3、电阻的金属材料应具有如下特性： 电阻温度系数大，电阻率大，热容量小；在整个测温范围内应具有稳定的物理和化 学性质；电阻与温度的关系最好近似于线性，或为平滑的曲线；容易加工，复制性好， 价格便宜。 目前应用最广 泛的热电阻材料是 铂和铜，并且已作 为标准温测热电阻 。同时，也有用镍 、铁、铟等材料制 成的测温热电阻。 铂电阻的特点是准确度高，稳定性好，性能可靠。铂在氧化性气氛中 ，甚至在高温下的物理、化学性质都非常稳定。因此铂被公认为是目前制造 热电阻的最好材料。 铂电阻主要作为标准电阻温度计使用，也常被用在工业测量中。此外 ，还被广泛地应用于温度的基准、标准的传递。铂电阻温度计是目前测温复 现

4、性最好的一种，它的长时间稳定的复现性可达10-4K，优于其他所有温度计 。 热电阻热电阻 热电阻性能分析以铂为例 铂电阻的阻值与温度之间的关系，在0 -650范围内可用下式表示： 在2000范围内则用下式表示 ： 式中 Rt温度为t时的铂电阻的阻值； R0温度为0时的铂电阻的阻值； A、B、C常数 A=3.968410-3/ B=-5.84710-7/ C=-4.2210-12/ 电阻值是温度的单值函电阻值是温度的单值函 数，但不一定是线性函数数，但不一定是线性函数 电阻值不仅与材料、温电阻值不仅与材料、温 度相关，还与初始电阻值度相关，还与初始电阻值 有关。有关。 由式可见，电阻值与t、R0

5、有关，当 R0值不同时，即使在同样的温度下其Rt的 值也不同。因此作为测量用热电阻必须规 定R0值。 工业用标准铂电阻R0有100和50两 种，并将电阻值Rt与温度t的对应关系列成 表格，称为铂电阻分度表，分度号分别为 Pt100和Pt50。 薄膜式铂热电阻 防爆式铂热电阻 铠装式铂热电阻 Pt100热电阻 Pt100热电阻分度表 目前已经达到W(100)=1.3930, 铂纯度：99.9995% 工业用铂电阻纯度W(100)=1.3871.390 铂电阻材料的纯度通常用百度电阻比W（100） 来表示，即： 式中 R100水沸点（100）时的铂电阻的电阻值 ； R0水冰点（0）时的铂电阻的电阻

6、值。 问题1W(100)、Pt(100)中100的含义相同吗？ 问题2W(100)是如何计算而来的？ 热电阻热电阻 热电阻性能分析以铜为例 铂是贵金属，价格昂贵，因此 在测温范围比较小（-50+150） 的情况下，可采用铜制成的测温电 阻，称铜电阻。铜在上述温度范围 内有很好的稳定性，温度系数比较 大，电阻值与温度之间接近线性关 系。而且材料容易提纯，价格便宜 。不足之处是测量准确度较铂电阻 稍低、电阻率小。 成本低、测量范围小、用量广成本低、测量范围小、用量广 百度电阻比 W（100）不小于1.425 ，分度号分别为Cu100和Cu50。 热电阻热电阻 热电阻测量电路 如果热电阻安装的地方与

7、仪表相距甚远，当环境 温度变化时其连接导线电阻也要变化。因为它与热电 阻Rt是串联的，也是电桥臂的一部分，所以会造成测 量误差。 热电阻一般与动圈仪表、自动平衡电桥配套使用。热电阻一般与动圈仪表、自动平衡电桥配套使用。 动圈显示仪表特点 ： 零位可调 显示内容任选 刻度自由标定 G为动圈显示仪表； R1、R2、R3及（Rt+2RW）组成不平衡 电桥四个桥臂，Rt为热电阻， RW=RW1+RL为线路电阻，RL1为热电阻 引线电阻，RL2为连接导线的电阻，RW1 为调整电阻。 R1、R2、R3及RW1为锰铜 电阻。 由于引线及连接导线的电阻（ RL1+RL2=RL）与热电阻Rt一起处在电桥 的一个

8、桥臂中，因此RL随环境温度的变 化全部加入热电阻的变化之中，直接影 响到热电阻温度计测量准确性。 热电阻及电桥的三线制接法 如图所示。此时两根引线经 RL1及连接导线RL2分别接在 两个桥臂上，从而使得它们 由于环境温度变化而引入的 误差被相互抵消。 热电阻热电阻 热敏电阻热敏电阻 半导体测温半导体测温ICIC 热敏电阻热敏电阻 1834年以前，M.法拉第就发现硫化银等半导体材料具有 很大的负电阻温度系数 1871年西门子公司首先用纯铂制成测温用铂热敏电阻器 ，之后又出现纯铜和纯镍热敏电阻器 1940年美国J.A.贝克等人发现某些过渡金属氧化物经混 合烧结后，成为具有很大负温度系数的半导体，而

9、且性 能相当稳定。 1946年后生产的普通负温度 系数热敏电阻器，绝大多 数是用这种合成氧化物半导体制成的。 1954年P.W.哈依曼等人发现添加微量稀土元素的钛酸钡 陶瓷具有较理想的正电阻温度系数, 以后在此基础上制 成了热敏电阻器。 热电阻 金属材料 热敏电阻 半导体材料 Michael Faraday (17911867) 英国物理学家、化学家 电磁学奠基人之一 热敏电阻热敏电阻 热敏电阻原理 热敏电阻是用一种半导体材料制成的敏感元件，其特点是电 阻随温度变化而显著变化。 电阻-温度特性 电阻与温度之间的关系可用下面公式来表示: R = AeB/T A与热敏电阻尺寸形状以及它的半导体物理

10、性能有关 的常数； B与半导体物理性能有关的常数； T热敏电阻的绝对温度。 若已知两个电阻值R1和R2，以及相应的温度值T1 和T2，便可求出A、B两个常数。 可得到以电阻R1作为一个参数的温度特性表达式 R1 = AeB/T1R2 = AeB/T2 通常取20时的热敏电阻的阻值为R1，记作R20， 并称它为标称电阻值，则 其电阻-温度特性曲线如 图所示。 电阻温度系数T可求得 由式可知，热敏电阻的温度系数也与温度有关 。而且对于大多数热敏电阻，它的温度系数均为负 值。控制材料成分，也可以制成具有正温度系数的 热敏电阻。正温度系数热敏电阻的电阻-温度特性可 用下面公式计算 式中 R2、R1温度

11、分别为T、T1时的电阻值； B正温度系数，热敏电阻与半导体物理 性能有关的常数。 NTC热敏电阻NTC热敏电阻 PTC 热敏电阻 讨论热敏电阻有什么具体的应用呢？热敏电阻有什么具体的应用呢？ 热电阻热电阻 热敏电阻热敏电阻 半导体测温半导体测温ICIC 半导体测温半导体测温ICIC 测量原理：硅半导体的基极与 发射极间的电压Vbe具有大约 2mV/ 的温度系数。 特点：传感器体积小、精度高 、响应快和稳定性好，容易集 成化，温度传感器中可包含放 大器。 测温范围：50 200 温度传感器ICDS18B20 半导体测温半导体测温ICIC 测温IC恒流工作方式 当集电极以恒定电流 通过时 ，基极与

12、发射极间电压 （-Vbe） 作为运算放大器A的输出得到。Ic一定 时，Vbe的温度关系曲线和它的温度系 数 曲线如图示。 若已知温度为T1，激励电流为IC1时，输出电压为Vbe1 则根据扩散电流理论给出，在150以下： 式中 、由半体决定的常数； k/e波耳兹曼常数与电子电量之比； Vg0硅的能量禁带宽度的外插值（约1.2V） Vbe1和Ic1在T1时各自的值 温度为T，激励电流为IC时，输出电压为Vbe 半导体测温半导体测温ICIC 测温IC变流测差工作方式 半导体测温半导体测温ICIC 测温IC性能介绍 热电偶、金属热电阻、热敏电阻都可以 用来测量温度，试简述各自的工作原理，并 指出各自最适用的被测量条件范围。 作业