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1、检检 测测 技技 术术 基基 础础 检测就是去认识检测就是去认识 科学家西门子（W.Ven.Siemens） 五、热电阻传感器 热电阻传感器 利用导体电阻随温度变化的特性制造成温度传感器。利用导体电阻随温度变化的特性制造成温度传感器。 尽管绝大多数金属材料的电阻都具有温度特性尽管绝大多数金属材料的电阻都具有温度特性, ,但能够制但能够制 成温度传感器的符合必要的技术要求的为数不多成温度传感器的符合必要的技术要求的为数不多. 标准的热电阻常作为标准温度计，作为工业用的称为热电阻标准的热电阻常作为标准温度计，作为工业用的称为热电阻 是一种感温元件。广泛使用在是一种感温元件。广泛使用在- -2002
2、00- -850850 C C。 ).1 (tRRot热电阻传感器的技术要求：热电阻传感器的技术要求： （5 5）稳定性好；）稳定性好； 在振动小的环境下在振动小的环境下, ,在很长时间内保持在很长时间内保持0.10.1 C C。 （4 4）无需参比点：）无需参比点： 温度值可由测得的电阻值直接求出温度值可由测得的电阻值直接求出, ,并线性好并线性好, ,只要用简单测只要用简单测 量电路量电路, ,便可获得刻度均匀的显示数值。便可获得刻度均匀的显示数值。 （3 3）测温范围广：）测温范围广： 低温为低温为- -250,250,高温高温10001000 C C。 （1 1）精确度高；）精确度高；
3、 常用的温度计最高精确度可达到常用的温度计最高精确度可达到0.0010.001 C.C. （2 2）输出信号大；）输出信号大； 本质上是提高灵敏度本质上是提高灵敏度, ,如如Pt100Pt100铂电阻铂电阻, ,在一般温度下在一般温度下, ,变化变化1 1 C C时时, , 电阻值变化电阻值变化0.40.4 , ,如果通过电流如果通过电流2mA,2mA,则输出电压则输出电压800800 V V。 金属导体的电阻电阻比比: 目前水平目前水平: : W W100100=1.3930,=1.3930,金属纯度达到金属纯度达到99.9995%.99.9995%. 金属纯度越高金属纯度越高, ,则则W1
4、00W100越大且温度系数越大且温度系数 越大越大. . 工业用工业用铂铂W100=1.387W100=1.3871.390.1.390. W100=RW100=Rt100t100/R/Rt0t0 t=100t=100 C(C(水沸点水沸点), t0=0), t0=0 C(C(水冰点水冰点) ) 几种最常用的金属热电阻 1 :6500)100(1 :020020320BtAtRRCtCtBtAtRRCotot(一一)铂电阻铂电阻 特点特点: : 稳定性极高稳定性极高, ,物理化学性能可以长期不变物理化学性能可以长期不变. .测温范围较宽测温范围较宽, , 精度高精度高, ,在一定范围内线性度好
5、。但容易在高温下受到还原性气在一定范围内线性度好。但容易在高温下受到还原性气 体的污染而变脆折断体的污染而变脆折断. . 电阻数值与温度关系电阻数值与温度关系: : 工业铂电阻工业铂电阻: : A=3.9687A=3.9687 1010- -3 3/ / C;C; B=B=- -5.845.84 1010- -7 7/ / C2;C2; C=C=- -4.224.22 1010- -1212/ / C C 铂电阻的性能好坏取决于它的铂电阻的性能好坏取决于它的纯度纯度, ,铂电阻的纯度越高铂电阻的纯度越高, ,则稳定则稳定 性和灵敏度都越高。性和灵敏度都越高。 (二)铜电阻 02350150(1
6、)toCRRAtBtCt时：( (三三) )其他热电阻其他热电阻 在某些特殊场合在某些特殊场合, ,还有采用镍还有采用镍, ,铁铁, ,铝铝, ,铟电阻测量温度铟电阻测量温度, ,主要利主要利 用它们的高灵敏度用它们的高灵敏度, ,体积小体积小, ,适用超低温测量等特性。适用超低温测量等特性。 工业铜电阻工业铜电阻: : A=4.28899A=4.28899 1010- -3 3/ / C; C; B=B=- -2.1332.133 1010- -7 7/ / C;C; C=1.223C=1.223 1010- -9 9/ / C.C. 电阻数值与温度关系电阻数值与温度关系: : 特点特点:
7、:容易提纯容易提纯, ,灵敏度比铂电阻高灵敏度比铂电阻高, ,理论上电阻值与温度的函数理论上电阻值与温度的函数 关系是近似线性的关系是近似线性的. .但在高温下容易氧化但在高温下容易氧化, ,故故测温范围受到限制测温范围受到限制. . 工业上使用的标准化铜热电阻的R0 按国内统一设计取50和和100两种，两种， 分度号分别为Cu50和和Cu100 3.热电阻结构与参数 (4)(4)额定电流额定电流 为了减少热电阻自热效应引起的误差为了减少热电阻自热效应引起的误差, ,对热电阻本身通过的对热电阻本身通过的 电流有限定电流有限定, ,连续通电的电流连续通电的电流, ,一般为一般为2 2- -5mA
8、.5mA. (3)(3)热响应时间热响应时间 当温度发生阶跃变化时当温度发生阶跃变化时, ,热电阻的电阻值变化到热电阻的电阻值变化到相当于阶跃变相当于阶跃变 化的某个百分比化的某个百分比所需要的时间所需要的时间, ,称热响应时间称热响应时间, ,通常用通常用 表示表示. . 一般变化到一般变化到阶跃变化的阶跃变化的50%50%或或90%90%的响应时间用的响应时间用 0.5, 0.5, 0.90.9表示表示. . (2)(2)测量范围与允许误差测量范围与允许误差 热电阻的允许误差指的是实际热电阻热电阻的允许误差指的是实际热电阻 的电阻与温度关系的电阻与温度关系偏离了分度表的允偏离了分度表的允
9、许范围许范围. . (1)(1)分度号与标称电阻分度号与标称电阻 工业铂电阻有两种规格工业铂电阻有两种规格( (称称分度分度 号号):Pt10:R0=10):Pt10:R0=10 ; ;Pt100:R0=100Pt100:R0=100 . . ( (一一) )热电阻的基本参数热电阻的基本参数 ( (二二) )热电阻结构 电绝缘性好电绝缘性好, ,物化性能稳定物化性能稳定, ,热胀系数与电阻丝热胀系数与电阻丝相近相近, ,有足够的机有足够的机 械强度械强度, ,比热小比热小, ,热导率高热导率高. . 常用材料有常用材料有: :云母云母, ,玻璃玻璃, ,石英石英, ,陶瓷等陶瓷等. . 工业生
10、产中广泛使用的热电阻往往把温感元件安放在套管内工业生产中广泛使用的热电阻往往把温感元件安放在套管内. .而热而热 电阻本身是由电阻本身是由金属电阻丝金属电阻丝的形式绕制在绝缘骨架上的形式绕制在绝缘骨架上, ,对绝缘骨架的对绝缘骨架的 材料的要求材料的要求: : 热电阻骨架方式热电阻骨架方式: : 热电阻出线方式: 为消除由于连接导线电阻为消除由于连接导线电阻 随环境温度变化而造成的随环境温度变化而造成的 测量误差，常采用三线制测量误差，常采用三线制 和四线制连接法。和四线制连接法。 测量电路和应用 （3 3）K K指向指向2 2，桥臂，桥臂 串入串入RtRt（测温电阻）（测温电阻）, , 根据
11、电表读温度值根据电表读温度值. . （2 2）K K指向指向3,3,桥臂串入桥臂串入RFs (RFs (满满 度电阻）调整度电阻）调整RpRp电桥输出最大电桥输出最大. . （1 1）K K指向指向1,1,桥臂串入桥臂串入RTsRTs ( (零点电阻零点电阻),),调整调整RoRo电桥平衡电桥平衡 由由R1,R2,R3R1,R2,R3和和RtRt（RTsRTs，RFsRFs）组成测温电桥）组成测温电桥, ,其中其中RtRt为热电为热电 阻阻,Rp,Rp为灵敏度调节电阻为灵敏度调节电阻,Ro,Ro为零点调节电阻。使用时：为零点调节电阻。使用时： （一）普通温度计普通温度计 二线制温度计可能引起的
12、误差分析 2 .218)30000394. 01 (100Rt某热电阻的输入输出关系：某热电阻的输入输出关系：Rt=100Rt=100（1+0.00394t1+0.00394t）, ,采用二线制采用二线制 接入电桥接入电桥,R1=R2=1000,R1=R2=1000 ,R3=100,R3=100 , ,引线电阻引线电阻r=5r=5 , ,当被测温度当被测温度 300300 C,C,分析二线制接法引起的误差分析二线制接法引起的误差. . 解解: :温度温度300300 C C时的热电阻值时的热电阻值 不考虑引线电阻的影响不考虑引线电阻的影响 mVERRR RRRU tt88210)1000100
13、100 2 .21810002 .218()( 133201考虑引线电阻的影响 %60. 7882882949%100010102UUU引线电阻引起的误差引线电阻引起的误差: : ERRR rRRrRUt)22( 1331202mV94910)1000100100 102 .2181000102 .218( 只要引线电阻保持稳定不变只要引线电阻保持稳定不变, ,可以通过桥臂电阻的调整可以通过桥臂电阻的调整, ,可以消除可以消除 误差误差. . 但是但是长距离引线会受到环境温度的变化长距离引线会受到环境温度的变化, ,使得引线电阻不可确使得引线电阻不可确 定定, ,由引线电阻变化导致的误差应当引
14、起重视由引线电阻变化导致的误差应当引起重视. .目前最好的方法就目前最好的方法就 是采用三线制电桥电路是采用三线制电桥电路: : 考虑引线电阻的影响 误差大大减小。误差大大减小。( (- -0.79%)0.79%) 3 03 231()ttRrRrUERRrRRr218.251005() 101000218.25100 10005 875mV 热敏电阻传感器 进入进入6060年代成为工业温度传感器年代成为工业温度传感器, ,进入进入7070年代年代, ,大量用于家电及汽大量用于家电及汽 车用温度传感器车用温度传感器. .目前已深入到各种领域目前已深入到各种领域, ,在测温中仅次于热电偶与在测温
15、中仅次于热电偶与 热电阻。热电阻。 在日本在日本, ,测温仪表及元件厂占测温仪表及元件厂占60%60%的厂家生产热敏电阻。的厂家生产热敏电阻。 热敏电阻是一种阻值随温度热敏电阻是一种阻值随温度按指数按指数变化的变化的半导体热敏感元件半导体热敏感元件. .早早 在在19401940年问世年问世, ,最初因技术不成熟最初因技术不成熟, ,通常只能作为温度补偿和自动放通常只能作为温度补偿和自动放 大电路中运用。大电路中运用。 1 1。热敏电阻的特点。热敏电阻的特点 (1)(1)灵敏度高灵敏度高;(2);(2)电阻值高电阻值高;(3);(3)体积小体积小;(4);(4)响应时间短响应时间短; ; (5)(5)功耗小功耗小 主要缺点主要缺点: :阻值与温度关系呈阻值与温度关系呈非线性非线性, ,稳定性与互换性差稳定性与互换性差. . 热敏电阻材料 有三种温度特性有三种温度特性:PTC,NTC, CTR:PTC,NTC, CTR 主要由两种以上的过渡金属主要由两种以上的过渡金属Mn,Co,Ni,FeMn,Co,Ni,Fe等复合氧化物经烧结等复合氧化物经烧结 成型成型, ,根据成分不同根据成分不同, ,可以调整常温电阻和温度特性。可以调整常温电阻和温度特性。 P
