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1、热电阻是利用导体材料的电阻随温度变化而变化的特性来实现对温度的测量的。,6.2 热电阻,热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。,应用于-200600范围内的温度测量,热电阻电阻体绝缘套管接线盒,热电阻的材料要求：电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小，在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性；应有良好的可加工性，且价格便宜。,6.2.1 热电阻的类型,1. 装配式热电阻,2. 铠装热电阻,3. 端面热电阻,4. 隔爆型热电阻,6.2.2
2、 常用的几种热电阻,1. 铂热电阻,铂电阻阻值与温度变化之间的关系可以近似用下式表示：,在0630.74范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为：,在-1900范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为：,0时的电阻值,t时的电阻值,A、B、C分度系数 其中：A=3.9684710-2/； B=-5.84710-7/2； C=-4.2210-12/3),可以看出，它们的高次项很小。铂电阻在0100时的最大非线性偏差小于0.5；R0不同，Rt与t 的关系也不同。,铂容易提纯，其物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定。铂电阻的输出 输入特性接近线性，且测量精度高，所以它能用作工业测温元件和作为温度标准。,
3、按国际温标IPTS-68规定，在-259.34630.73温域内，以铂电阻温度计作基准器。,在-50150范围内，铜电阻化学、物理性能稳定，输出 输入特性接近线性，价格低廉。,2. 铜热电阻,铜电阻阻值与温度变化之间的关系可近似表示为：,铜电阻的缺点是电阻率低，体积大，热惯性大，在100以上时易氧化。, 铟电阻 铟电阻用99.999%高纯度的铟丝绕成电阻，适宜在-269-258温度范围内使用。实验证明，在4.2K15K范围内，铟电阻灵敏度比铂电阻高10倍。 铟电阻的缺点是材料软，复制性差。,3. 其他热电阻, 锰电阻 锰电阻适宜在-271-210温度范围内使用。其优点是在2K 63K温度范围内
4、电阻随温度变化大，灵敏度高。锰电阻的缺点是材料脆，难拉成丝。, 碳电阻 碳电阻适宜在-273-268.5温度范围内使用。其优点是热容量小，灵敏度高，价格低廉，操作简便。但是碳电阻的热稳定性较差。,Rt为热电阻, r1 、r2、 r3为引线电阻, R1 、 R2为两桥臂电阻, R1=R2 ,R3为调整电 桥的精密电阻。M表内阻很大，故电流近似为零。当UA=UB时电桥平衡。若使r1=r2 ,则R3=Rt,就可消除引线电阻的影响。,1. 三线式电桥连接法,6.2.3 热电阻测量线路,图6-19 三线接法,2. 四线式电阻测量电路,图6-20 四线式测量线路,因IVIM,IV0, 又EM=E+IV（
5、r2+r3 ）,由上式知引线电阻r1 r4将不引起测量误差。电压表的值EM可认为是热电阻Rt上的压降，据此可计算出微小温度变化。,WZB型铂电阻分度表 R0=100 规定分度号BA-2 分度系数 A=3.39648710-2/； B=-5.84710-7/2； C=-4.2210-12/4,WZB型铂电阻分度表 R0=46 规定分度号BA-1 分度系数 A=3.39648710-2/； B=-5.84710-7/2； C=-4.2210-12/4,6.3 热敏电阻,热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度的变化而显著变化的特性实现测温的。半导体热敏电阻有很高的电阻温度系数，其灵敏度比热电阻高得多。而
6、且体积可以做得很小，故动态特性好，特别适于在-100300之间测温。,热敏电阻的缺点是互换性较差，另外其热电特性是非线性的。,6.3.1 热敏电阻的结构,热敏电阻是由一些金属氧化物，如钴（Co）、锰（Mn）、镍（Ni）等的氧化物采用不同比例配方，高温烧结而成。其形状有珠状、片状、杆状、垫圈状等。,图6-21 热敏电阻的结构类型,6.3.2 热敏电阻的基本参数,1. 标称电阻RH,标称电阻值是热敏电阻在250.2、零功率时的阻值，也叫冷电阻。,2. 材料常数BN,材料常数是表征负温度系数(NTC)热敏电阻器材料的物理特性常数。BN值决定于材料的激活能E，它们之间满足下面的函数关系式,3. 电阻温
7、度系数,热敏电阻的温度每变化1时电阻值的变化率叫做热敏电阻的电阻温度系数。 即：,4. 耗散系数H,热敏电阻器温度每变化1所耗散的功率变化量。,5. 时间常数,热敏电阻器在零功率测量状态下，当环境温度突变时电阻器的温度变化量从开始到最终变量的63.2所需的时间称为热敏电阻的时间常数,6. 最高工作温度Tmax,热敏电阻器在规定的技术条件下长期连续工作所允许的最高温度。,热敏电阻主要有三种类型，即正温度系数型(PTC)、负温度系数型(NTC)、和临界温度系数型(CTR)。,CTR临界热敏电阻有一突变温度，此特性可用于自动控温和报警电路中。,6.3.3 热敏电阻的主要特性,NTC热敏电阻的阻值-温
8、度关系为：,1. NTC热敏电阻的电阻 温度特性,BN 为热敏电阻的材料常数，一般BN 为2000600K，高温下BN 将增大。,或表示为：,图6-23 NTC热敏电阻器的电阻-温度曲线,图中直线的斜率就是热敏电阻的材料常数BN。,不同材料的BN不同，右图为不同BN的RT /R25T特性曲线,为了使用方便，常取环境温度为25作为参考温度（即T0=25），则NTC热敏电阻器的电阻 温度关系式可写成：,2. PTC热敏电阻的电阻 温度特性,PTC的电阻 温度特性是利用正温度系数热敏材料在居里点附近结构发生相变引起导电率突变获得的，如图6-25所示。,图6-25 PTC的电阻温度曲线,由实验得到：在
9、工作温度范围内，PTC的电阻 温度特性可近似用下面的公式表示：,对上式取对数得：,图6-26 lnRT -T特性曲线,图线的斜率即为BP：,对热敏电阻进行线性化处理的最简单方法是用温度系数很小的精密电阻与热敏电阻串或并联构成电阻网络(常称为线性化网络)代替单个热敏电阻，其等效电阻与温度呈一定的线性关系。,6.3.4 热敏电阻输出特性的线性化处理,图中热敏电阻Rt与补偿电阻Rx 串联,串联后的等效电阻R= Rt +Rx ，只要Rx 的阻值选择适当，可使温度在某一范围内与电阻的倒数成线性关系，所以电流I与温度T成线性关系。,串联补偿电路,并联补偿电路,图中热敏电阻Rt与补偿电阻Rx并联，其等效电阻
10、R= Rt / Rx 。由图可知，R与温度的关系曲线便显得比较平坦。因此可以在某一温度范围内得到线性的输出特性。,常用热敏电阻,6.4 PN结温度传感器,利用PN结的结电压随温度成近似线性变化这一特性实现对温度的检测、控制和补偿等功能。可直接用半导体二极管或将半导体三极管接成二极管做成PN结温度传感器。这种传感器的测温范围为-50至150，与其他的温度传感器相比有较好的线性度，且尺寸小、响应快、灵敏度高、热时间常数小，因此用途较广。,6.4.1 温敏二极管、三极管,1. 温敏二极管的工作原理,理想二极管的伏安特性可近似表示为：,只要满足正向电压UF大于几个kT/q，其正向电流IF与UF及温度T
11、之间的关系可表示为：,两边除以Is ，取对数得：,所以,上式表明：在一定电流下，二极管正向电压随温度的升高而降低，呈负温度系数。 （只要它们工作在PN结空间电荷区中的复合电流和表面漏电流可以忽略） 经研究表明，对于锗和硅二极管，在相当宽的一个温度范国内其正向电压与温度之间的关系与上式吻合。,对于不同的工作电流，温敏二极管的UF-T关系是不同的；但是UF-T 之间总是线性关系。例如2DWMl型硅温敏二极管，在恒流下， UF-T 在-50+150范围内呈很好的线性关系。,另外：上式只对扩散电流成立，但实际二极管的正向电流还包括空间电荷区中的复合电流和表面复合电流。故实际二极管的电压 温度特性是偏离
12、理想情况的。,2. 温敏三极管的工作原理,利用三极管发射结正向电压Ube随温度上升而下降的原理。由于在发射结正向偏置下，虽然发射结电流也包括扩散电流、空间电荷的复合电流和表面复合电流三种成分，但只有其中的扩散电流能够到达集电极形成集电极电流Ic，而另两种电流则作为基极电流漏掉。因此，晶体管的IcUbe关系比二极管的IFUF关系更符合理想情况，所以表现出更好的电压 温度线性关系。,NPN晶体管的基极发射极电压与温度T和Ic的函数关系为：,若Ic恒定，则Ube仅随温度T成单调单值函数变化。,2.基本测温电路 温敏晶体管作为负反馈元件跨接在运算放大器的反相输入端和输出端，基极接地。如此连接的目的是使发射结为正偏。而集电结几乎为零偏。,图6-28 温敏晶体管测温电路,零偏的集电结使得集电结电流中不需要的空间电荷的复合电流和表面复合电流为零，而发射结电流中的发射结空间电荷复合电流和表面漏电流作为基极电流流入地。因此，集电极电流完全由扩散电流成分组成。集电极电流Ic只取决于集电极电阻RC和电源E，保证了温敏晶体管的Ic恒定。电容C的作用是防止寄生振荡。,
