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1、机、电类传感器与检测技术项目教程模块三、温度检测模块三、温度检测 课件统一书号：统一书号：ISBN978-7-111-48817-0课程配套网站www.sensor-或或2015年年2月版月版（作者：梁森、黄杭美、王明霄、王侃夫）（作者：梁森、黄杭美、王明霄、王侃夫）7/21/20241本模块介绍本模块介绍“温度温度”、“温标温标” 等基本概念、等基本概念、热电阻热电阻、热敏电阻、热电偶热敏电阻、热电偶、温度集成电路、温度集成电路、防爆知识防爆知识、安全栅的、安全栅的使用使用，还介绍了，还介绍了红外测温红外测温的原理及应用的原理及应用。内容简介内容简介今天是：今天是：7/21/20247/21
2、/20247/21/20242知识链接、温度与温标的基本概念知识链接、温度与温标的基本概念项目一、铂热电阻项目一、铂热电阻项目二、热敏电阻项目二、热敏电阻项目三、热电偶项目三、热电偶项目四、集成温度传感器项目四、集成温度传感器项目五、防爆技术与安全栅项目五、防爆技术与安全栅拓展阅读、红外测温拓展阅读、红外测温模块三、温度检测（上）模块三、温度检测（上） 目录目录进入进入进入进入进入进入进入进入进入进入进入进入7/21/20243低温低温高温高温知识链接、温度与温标的基本概念知识链接、温度与温标的基本概念一、一、温度测量的温度测量的基本概念基本概念 温度标志着物质内部温度标志着物质内部大量大量分
3、子（或原子）无分子（或原子）无规则运动的剧烈程度规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内温度越高，表示物体内部分子（或原子）的热部分子（或原子）的热运动越剧烈。运动越剧烈。 模拟图模拟图：在一个密闭的空间里，在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的气体分子在高温时的运动速度比低温时快运动速度比低温时快！温度从微观上看，是物体分子运！温度从微观上看，是物体分子运动平均动能大小的标志。动平均动能大小的标志。7/21/20244二、测温传感器分类二、测温传感器分类 温度传感器按照温度传感器按照用途用途可分为基准温度计和工业温可分为基准温度计和工业温度计；按照测量方法又可分为度计；按照测量方法又可分为接
4、触式接触式和和非接触式非接触式；按；按工作原理又可分为工作原理又可分为膨胀式膨胀式、电阻式电阻式、热电式热电式、辐射式辐射式等等；等等；按输出方式分，有：自发电型按输出方式分，有：自发电型、机械非电测型等。、机械非电测型等。 現在時間現在時間是：是：12:1912:19气体膨胀式气体膨胀式温度计温度计7/21/20245温度传感器应满足的条件：温度传感器应满足的条件：温度传感器应满足的条件：温度传感器应满足的条件：l特性与温度之间的关系要适中，并容易检测和处理，特性与温度之间的关系要适中，并容易检测和处理，特性与温度之间的关系要适中，并容易检测和处理，特性与温度之间的关系要适中，并容易检测和处
5、理，且且且且随温度基本呈线性变化随温度基本呈线性变化随温度基本呈线性变化随温度基本呈线性变化；l除温度以外，特性除温度以外，特性除温度以外，特性除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低对其它物理量的灵敏度要低对其它物理量的灵敏度要低对其它物理量的灵敏度要低；l特性随时间变化要小特性随时间变化要小特性随时间变化要小特性随时间变化要小；l重复性好重复性好重复性好重复性好，没有滞后和老化；，没有滞后和老化；，没有滞后和老化；，没有滞后和老化；l灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的影响要灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的影响要灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的影响要灵敏度高，坚固耐用，
6、体积小，对检测对象的影响要小；小；小；小；l机械性能好，机械性能好，机械性能好，机械性能好，耐化学腐蚀耐化学腐蚀耐化学腐蚀耐化学腐蚀，耐热性能好；，耐热性能好；，耐热性能好；，耐热性能好；l能大批量生产能大批量生产能大批量生产能大批量生产，价格便宜；，价格便宜；，价格便宜；，价格便宜；l无危险性，无公害。无危险性，无公害。无危险性，无公害。无危险性，无公害。7/21/20246温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器的种类及特点的种类及特点:l 接触式温度传感器接触式温度传感器l 非接触式温度传感器非接触式温度传感器接触式温度传感器的特点：接触式温度传感器的特点：接触式温度传感器的特点：接触式
7、温度传感器的特点：传感器直接与被测物体接传感器直接与被测物体接传感器直接与被测物体接传感器直接与被测物体接触进行温度测量，由于触进行温度测量，由于触进行温度测量，由于触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，被测物体的热量传递给传感器，被测物体的热量传递给传感器，被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度降低了被测物体温度降低了被测物体温度降低了被测物体温度，因此采用这种方式要测得物体的，因此采用这种方式要测得物体的，因此采用这种方式要测得物体的，因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。真实温度的前提条件
8、是被测物体的热容量要足够大。真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。非接触式温度传感器非接触式温度传感器非接触式温度传感器非接触式温度传感器：主要是利用被测物体热辐射而主要是利用被测物体热辐射而主要是利用被测物体热辐射而主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，发出红外线，从而测量物体的温度，发出红外线，从而测量物体的温度，发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测可进行遥测可进行遥测可进行遥测。其制。其制。其制。其制造成本较高，造成本较高，造成本较高，造成本较高，测量准确度较低测量准确度较低测量准确度较低测量准确度较低。优点优点优点优点：不从被测物体上吸收热量；不会干扰
9、被测对象：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场。的温度场。的温度场。的温度场。7/21/20247物物理理现现象象体积热膨胀体积热膨胀电阻变化电阻变化温差电动势温差电动势导磁率变化导磁率变化电容变化电容变化压电效应压电效应超声波传播速度变化超声波传播速度变化物质物质颜色颜色PN结电动势结电动势晶体管特性变化晶体管特性变化晶闸管动作点变化晶闸管动作点变化热、光辐射热、光辐射种种类类铂测温电阻、热敏电阻铂测温电阻、热敏电阻热电偶热电偶BaSrTiO3陶瓷陶瓷石英晶体振荡器石英晶体振荡器超声波温度计超声波
10、温度计示温涂料示温涂料液晶液晶半导体二极管半导体二极管晶体管半导体集成电路温度传感器晶体管半导体集成电路温度传感器热敏晶闸管热敏晶闸管辐射温度传感器辐射温度传感器光学高温计光学高温计1.气体温度计气体温度计2.玻璃制水银温度计玻璃制水银温度计3.玻璃制有机液体温度计玻璃制有机液体温度计4.双金属温度计双金属温度计5.液体压力温度计液体压力温度计6.气体压力温度计气体压力温度计1热铁氧体热铁氧体2Fe-Ni-Cu合金合金温度测量及传感器分类温度测量及传感器分类7/21/20248表表3-1 3-1 温度传感器的种类及特点温度传感器的种类及特点所利用的所利用的物理现象物理现象传传感感器器类类型型测
11、测温温范范围围/特特点点体体积积热热膨膨胀胀气体膨胀温度计气体膨胀温度计液体压力温度计液体压力温度计玻璃水银温度计玻璃水银温度计双金属片温度计双金属片温度计- -2501000- -200350- -50350- -50300不需要电源，耐用；但不需要电源，耐用；但感温部件体积较大感温部件体积较大接触热电动势接触热电动势钨铼热电偶钨铼热电偶铂铑热电偶铂铑热电偶其他热电偶其他热电偶100021002001800- -2001200自发电型，标准化程度高，自发电型，标准化程度高，品种多；须进行冷端温度补品种多；须进行冷端温度补偿偿电电阻阻的的变变化化铂热电阻铂热电阻热敏电阻热敏电阻- -20090
12、0- -50300标准化程度高；但需要接标准化程度高；但需要接入桥路才能得到电压输出入桥路才能得到电压输出PN结结结结电电压压硅半导体二极管硅半导体二极管（半导体集成温度（半导体集成温度传感器）传感器）- -50150体积小，线性好，体积小，线性好，- -2mV/；但测温范围小；但测温范围小温度温度-颜色颜色示温涂料示温涂料示温液晶示温液晶- -5013000100面积大，可得到温度图象；面积大，可得到温度图象；但易衰老，准确度低但易衰老，准确度低光光辐辐射射热热辐辐射射红外辐射温度计红外辐射温度计光学高温温度计光学高温温度计热释电温度计热释电温度计- -501500500300001000非
13、接触式测量，反应快；非接触式测量，反应快；但易受环境及被测体表面状但易受环境及被测体表面状态影响态影响7/21/20249介绍几种温度测量方法介绍几种温度测量方法示温涂料（变色涂料）示温涂料（变色涂料）装满装满热水后图案热水后图案变得清晰可辨变得清晰可辨7/21/202410示温变色贴示温变色贴7/21/202411变色涂料在电脑内部温度中的示温作用变色涂料在电脑内部温度中的示温作用CPU散热散热风扇风扇低温时低温时显示蓝色显示蓝色温度升高后变为红色温度升高后变为红色7/21/202412体积体积热膨胀式热膨胀式 不需要电源，寿命长；不需要电源，寿命长；但感温部件体积较大，但感温部件体积较大，
14、只能抵近测量。只能抵近测量。 气体的体积与气体的体积与热力学温度成正比热力学温度成正比7/21/202413红外温度计红外温度计7/21/202414温度是表征物体的冷热程度的物理量温度是表征物体的冷热程度的物理量。为了定量分。为了定量分析，要析，要给物体的冷热程度一个定量的描述给物体的冷热程度一个定量的描述。温标就是。温标就是以此目的而建立的。以此目的而建立的。温标是温度数值化的标尺温标是温度数值化的标尺，它给出了温度数值化的，它给出了温度数值化的一套规则和方法，并明确了温度的测量单位和温度起一套规则和方法，并明确了温度的测量单位和温度起点。点。温标的建立方法：温标的建立方法：借助于随温度变
15、化而变化的物理借助于随温度变化而变化的物理量（体积、压力、电阻和热电动势等）来定义温度数量（体积、压力、电阻和热电动势等）来定义温度数值、建立温标。值、建立温标。三、温标三、温标7/21/202415温度的数值表示方法称为温标温度的数值表示方法称为温标温标规定了温度的读温标规定了温度的读数的起点数的起点（即零点）以（即零点）以及及温度的单位温度的单位。各类温。各类温度计的刻度均由温标确度计的刻度均由温标确定。定。国际上规定的温标有：国际上规定的温标有：摄氏温标摄氏温标、华氏温标华氏温标、热力学温标热力学温标等。等。华氏、摄氏、开氏温度比较华氏、摄氏、开氏温度比较7/21/202416发展阶段：
16、发展阶段：华氏温标华氏温标摄氏温标摄氏温标开氏温标开氏温标华氏温标规定：标准大气压下冰融点为华氏温标规定：标准大气压下冰融点为32度，水沸点度，水沸点为为212度，两者中间分度，两者中间分180格，每格为华氏格，每格为华氏1度，符号为度，符号为。摄氏温标规定，标准大气压下冰融点为摄氏温标规定，标准大气压下冰融点为0度，水沸点为度，水沸点为100度，两者中间分度，两者中间分100格，每格为摄氏格，每格为摄氏1度，符号为度，符号为。华氏温标与摄氏温标的换算关系是：华氏温标与摄氏温标的换算关系是： 例例：摄氏温度摄氏温度为为20时，华氏温度为时，华氏温度为32+36=68开氏温标规定，温度不能为负值
17、，起点为绝对零度开氏温标规定，温度不能为负值，起点为绝对零度，冰融点为冰融点为273.15度，水沸点为度，水沸点为373.15度，两者中间分度，两者中间分100格，每格为格，每格为1开开，符号为符号为K。各种温标均有局限性，各种温标均有局限性，华氏温标和摄氏温标只能标华氏温标和摄氏温标只能标定定0100的温度的温度，而，而开氏温标的起点只是理论上开氏温标的起点只是理论上存在，无法达到存在，无法达到。温标的发展温标的发展7/21/202417国际实用温标是一种协议温标，用来统一各国之间国际实用温标是一种协议温标，用来统一各国之间的温度计量。的温度计量。尽可能地尽可能地接近热力学（开氏）温度接近热
18、力学（开氏）温度；各国均能各国均能以很高的准确度复现同样的温标以很高的准确度复现同样的温标；用于用于复现温标的标准温度计使用方便、性能稳定复现温标的标准温度计使用方便、性能稳定。第一个国际温标是第一个国际温标是1927年国际计量大会决定采用的，年国际计量大会决定采用的，“1927国际温标国际温标”,后来又不断改进修订，相继有后来又不断改进修订，相继有1948国际温标、国际温标、1968国际实用温标和国际实用温标和1990国际实用温标。国际实用温标。目前推行的是目前推行的是1990年国际实用温标年国际实用温标ITS-90：热力学热力学温度用符号温度用符号T90表示表示,单位为开尔文，符号为单位为
19、开尔文，符号为K。摄氏温度的符号为摄氏温度的符号为t90，单位是摄氏度，符号为，单位是摄氏度，符号为。国际实用温标国际实用温标7/21/202418T90和和t90的关系为的关系为：t90=T90-273.15，或或t /=T /K-273.15例如例如:摄氏温度为摄氏温度为0时，开尔文温度为时，开尔文温度为273.15KITS-90国际实用温标由三部分组成国际实用温标由三部分组成：定义固定点、内插标准仪器及内插公式。定义固定点、内插标准仪器及内插公式。定义的固定点是指：定义的固定点是指：某些纯物质的三相点（气、液、固共存）、熔点或凝某些纯物质的三相点（气、液、固共存）、熔点或凝固点、沸点这些
20、固定点的指定温度值固点、沸点这些固定点的指定温度值。固定点间的温度用规定的内插标准仪器和内插公式来固定点间的温度用规定的内插标准仪器和内插公式来分度。分度。7/21/202419几种温标的对比几种温标的对比正常体温正常体温为为37，相当于华相当于华氏温度多氏温度多少度？少度？7/21/2024201990国际温标（国际温标（ITS-90）国际温度咨询委员会于国际温度咨询委员会于1989年年9月通过了月通过了1990年新的年新的国际温标国际温标(ITS-90),并上报国际计量委员会批准。并上报国际计量委员会批准。这个新这个新国际温标于国际温标于1990年年1月月1日起在全世界各国开始执行日起在全
21、世界各国开始执行。新新温标用温标用“T(90)”代表热力学温度代表热力学温度,其单位用其单位用K表示表示。我国的国家法定测温标准统一采用新的国际温，简称我国的国家法定测温标准统一采用新的国际温，简称ITS-90ITS-90定义了一系列定义了一系列温度的固定点，测量和温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准重现这些固定点的标准仪器以及计算公式仪器以及计算公式，例，例如水的三相点为如水的三相点为273.16K（0.01）等。等。 7/21/202421热力学温标热力学温标（K）热力学温标是建立在热力学温标是建立在热热力学第二定律力学第二定律基础上的基础上的最最科学的温标科学的温标，是由，是由开尔文
22、开尔文（Kelvin）根据热力学定律根据热力学定律提来的，因此又称提来的，因此又称开氏温开氏温标标。它的。它的符号是符号是T，单位是单位是开尔文（开尔文（K） 。威廉威廉汤姆逊汤姆逊开尔文勋爵开尔文勋爵像像7/21/202422项目一、铂热电阻项目一、铂热电阻【项目教学目标项目教学目标】 知识目标知识目标1）掌握铂热电阻的测温原理与方法。）掌握铂热电阻的测温原理与方法。2）熟悉热电阻的型号。）熟悉热电阻的型号。 技能目标技能目标1熟悉铂热电阻的组桥方法及与显示仪表熟悉铂热电阻的组桥方法及与显示仪表的连接方法。的连接方法。2学会查铂热电阻分度表学会查铂热电阻分度表。 回回目录目录現在時間現在時間
23、是是：12:1912:197/21/202423任务一任务一 认识铂热电阻认识铂热电阻金属热电阻的正温度系数金属热电阻的正温度系数温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而，从而使金属内部的使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加电阻率变大，电阻值增加，称其为，称其为正温正温度度系数，即系数，即电阻值与温度的变化趋势相同电阻值与温度的变化趋势相同。 测温热电阻可分为测温热电阻可分为金属金属和和半导体半导体两大类。两大类。7/21/202424金属丝电阻随温度增高而变大的演示金
24、属丝电阻随温度增高而变大的演示 取一只取一只100W/220V灯泡，用万用表测量其电阻值，灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应定热态电阻值应为为484。请说明钨丝的温度系数的正请说明钨丝的温度系数的正负负。7/21/202425超导现象超导现象19111911年，荷兰物理学家昂内斯（年，荷兰物理学家昂内斯（KamerlinghKamerlingh OnnesOnnes）在用液氦将汞的温度降到）在用液氦将汞的温度降到4.2K4.2K时，发现时，发现汞的汞的电电阻降为零阻降为零。昂内斯将这种现昂内斯将
25、这种现象称为物质的象称为物质的超导超导性性。昂内斯和其他科昂内斯和其他科学家又陆续发现了学家又陆续发现了其他一些金属也是其他一些金属也是超导体超导体。昂内斯因。昂内斯因为这项重大发现而为这项重大发现而获得获得1913年的年的诺贝诺贝尔物理学奖尔物理学奖。超导磁悬浮超导磁悬浮7/21/202426易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻 制作热电阻的材料必须具有电阻温度系数大、制作热电阻的材料必须具有电阻温度系数大、线性好线性好、性能稳定性能稳定、一致性好一致性好、使用温度范围宽使用温度范围宽、加工容易等特、加工容易等特点。点。（）7/21/202
26、427金属热电阻材料的主要技术性能金属热电阻材料的主要技术性能 7/21/202428热电阻的阻值热电阻的阻值Rt与温度与温度t的关系表达式的关系表达式R t =R0(1+At+Bt 2+Ct 3+Dt 4)式中式中R t 热电阻在热电阻在t时的电阻值；时的电阻值；R0热电阻在热电阻在0时的电阻值；时的电阻值；A、B、C、D温度系数温度系数热电阻的阻值热电阻的阻值Rt与与t之间并不完全呈线性关系。在规定之间并不完全呈线性关系。在规定的测温范围内，根据国际电工委员会（的测温范围内，根据国际电工委员会（IEC）颁布的分）颁布的分度表数值，列出每隔度表数值，列出每隔1的的Rt电阻值，这种表格称为电阻
27、值，这种表格称为热电热电阻分度表阻分度表，见，见附录附录C。在工程中，若不考虑线性度误差的影响，有时也可以在工程中，若不考虑线性度误差的影响，有时也可以利用温度系数利用温度系数来来近似计算近似计算热电阻的阻值热电阻的阻值Rt。即：。即：R t =R0(1+t）7/21/202429装配式铂热电阻装配式铂热电阻 0时的电阻为时的电阻为100接线盒接线盒7/21/202430薄膜式铂热电阻薄膜式铂热电阻 Pt1000薄膜热电阻在薄膜热电阻在0时的电阻为时的电阻为1k，最大工作最大工作电流小于流小于0.3mA。在真空清洁室中，在真空清洁室中，将铂金属将铂金属喷射在陶瓷体上喷射在陶瓷体上，然后，然后用
28、激光用激光进行光刻和阻值的微调进行光刻和阻值的微调,再焊再焊接两根引线。在铂金上涂上一接两根引线。在铂金上涂上一层特殊的绝缘玻璃层。层特殊的绝缘玻璃层。薄膜热薄膜热电阻的响应时间只需几秒电阻的响应时间只需几秒。7/21/202431薄膜式铂热薄膜式铂热电阻工艺过电阻工艺过程示意图程示意图 7/21/202432小型铂热电阻小型铂热电阻 7/21/202433防爆式铂热电阻防爆式铂热电阻 坚实的外壳起坚实的外壳起“隔爆隔爆”作用，作用，工作电流控制在安全范围。工作电流控制在安全范围。7/21/202434铠装式铂热电阻铠装式铂热电阻1接线盒接线盒2引出线密封管引出线密封管3法兰盘法兰盘4柔性外套
29、管（可达百米）柔性外套管（可达百米）5测温端部测温端部7/21/202435端面式端面式热电阻及其在测温端面的安装热电阻及其在测温端面的安装螺纹深入到被测物内部，螺纹深入到被测物内部，能更快速地反映被测物的能更快速地反映被测物的实际温度。实际温度。7/21/202436汽车用水温传感器及水温表汽车用水温传感器及水温表 铜热铜热电阻电阻7/21/202437学习查学习查“铂热电阻分度铂热电阻分度表表”如何判断铂热电阻是否如何判断铂热电阻是否线性线性7/21/202438铂电阻温度显示、变送器铂电阻温度显示、变送器上下限设定键上下限设定键上限上限下限下限上上限上上限下下限下下限测量值测量值7/21
30、/202439可设定温度的温度控制箱可设定温度的温度控制箱旋转式机械旋转式机械设定开关设定开关拨拨码码式式设定开关设定开关不易被改动，不易被改动，适合适合车间车间使用使用7/21/202440任务二任务二铂热电阻组桥铂热电阻组桥方案一、二线制电桥方案一、二线制电桥方案一：二方案一：二线制电桥测量线制电桥测量电路电路R1为铂热电阻，为铂热电阻，R2、R3、R4为锰铜精密电阻为锰铜精密电阻(固定电固定电阻阻)。电桥的调零在电桥的调零在0的情况下进行的情况下进行。热电阻。热电阻Rt被安装被安装在测温点上在测温点上,然后用连接导线连接到电桥的接线端子上。然后用连接导线连接到电桥的接线端子上。引线电阻引
31、线电阻r1a、r1b及其随长度和温度的变化将引起测量误及其随长度和温度的变化将引起测量误差差。7/21/202441方案二：四线制恒流测量电路方案二：四线制恒流测量电路恒流源恒流源Ii的的恒定恒定激励电流流过激励电流流过Rt，在在R t上产生降压上产生降压Uo=IiR t。输出电输出电压压Uo的变化量的变化量Uo与被测温度变化引与被测温度变化引起的电阻变化量起的电阻变化量R成正比。成正比。由由于于输输出出电电压压是是直直接接从从Rt两两端端引引出出的的，所所以以激激励励电电流流Ii在在r1a、r1b上上的的压压降降就就不不被被包包括括到到Uo中中，因因此此可可以以克克服服引引线线电电阻阻的的影
32、影响响。本本底底电电压压Uo0所所占占比比例例较较大大，而而反反映映温温度度变化的变化的Uo相对较小相对较小，降低了系统的分辨力降低了系统的分辨力。7/21/202442方案三：三线制电桥测量电路方案三：三线制电桥测量电路1连接电缆连接电缆2屏蔽层屏蔽层RP1调零电位器调零电位器RP2调满度电位器调满度电位器7/21/202443三线制电桥特点三线制电桥特点采用三线制单臂电桥可以消除和减小引线电阻的影响。采用三线制单臂电桥可以消除和减小引线电阻的影响。热电阻热电阻R t用三根导线用三根导线、引至测温电桥引至测温电桥。图图3-7铂热电阻的三线制电桥测量电路铂热电阻的三线制电桥测量电路1连接电缆连
33、接电缆2屏蔽层屏蔽层RP1调零电位器调零电位器RP2调满度电位器调满度电位器7/21/202444三线制电桥特点（续）三线制电桥特点（续）其中其中两根引线的内阻（两根引线的内阻（r1、r4）分别串入测量电桥相邻）分别串入测量电桥相邻两臂的两臂的R1、R4上，上，(R1+r1)/R2=(R4+r4)/R3。引线的长度变引线的长度变化不影响电桥的平衡化不影响电桥的平衡,所以可以避免因连接导线电阻受环所以可以避免因连接导线电阻受环境影响而引起的测量误差。境影响而引起的测量误差。7/21/202445三线制电桥特点（续）三线制电桥特点（续）差动放大器的差动放大器的4个电阻的比个电阻的比例应上图右下角所
34、示的公式例应上图右下角所示的公式,可以提高直流以及交流可以提高直流以及交流”共共模干扰模干扰”的的”共模抑制比共模抑制比”。7/21/202446WP6200系列热电阻温度变送器的接线盒系列热电阻温度变送器的接线盒SBWZ2系列三线制热电阻温度变送器的接线图系列三线制热电阻温度变送器的接线图7/21/202447利用热丝（铂热电阻）测量气体流速（流量）利用热丝（铂热电阻）测量气体流速（流量）内置铂金热丝内置铂金热丝风风7/21/202448利用热丝测量气体流速（流量）利用热丝测量气体流速（流量）内置铂金丝内置铂金丝被加热到被加热到200200风风铂丝接入单臂电桥铂丝接入单臂电桥t tv7/21
35、/202449项目二、热敏电阻测温项目二、热敏电阻测温【项目教学目标项目教学目标】知识目标知识目标1）掌握热敏电阻传感器的测温原理。）掌握热敏电阻传感器的测温原理。2）熟悉热敏电阻的类型及特性。）熟悉热敏电阻的类型及特性。3）熟悉热敏电阻的基本应用电路。）熟悉热敏电阻的基本应用电路。技能目标技能目标1）掌握热敏电阻的选型方法。）掌握热敏电阻的选型方法。2）熟悉各种热敏电阻的应用）熟悉各种热敏电阻的应用回回目录目录現在時間現在時間是是：12:1912:197/21/202450任务一、认识热敏电阻任务一、认识热敏电阻 热敏电阻分类：负温度系数热敏电阻热敏电阻分类：负温度系数热敏电阻NTC正温度系
36、数热敏电阻：正温度系数热敏电阻：PTCNTC又可分为两大类：又可分为两大类：第一类的第一类的电阻值与温度电阻值与温度之间呈之间呈严格的负指数关系，严格的负指数关系，因此可用于测量温度：因此可用于测量温度：e是自然对数的底，是自然对数的底，e2.718.第二类为第二类为突变型（突变型（CTR）。当温度上升到某临界当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降点时，其电阻值突然下降，可用于，可用于控制温度控制温度或或抑制抑制浪涌电流浪涌电流。7/21/202451NTC热敏电阻的热敏电阻的材料与特性材料与特性以以锰、钴、镍和铜等金锰、钴、镍和铜等金属氧化物属氧化物为主要材料为主要材料,采采用陶瓷工艺用陶
37、瓷工艺制造而成。在制造而成。在低温时低温时,这些氧化物材料这些氧化物材料的载流子的载流子(电子和空穴电子和空穴)数数目少目少,所以其电阻值较高所以其电阻值较高。随着温度的升高随着温度的升高,载流子载流子数目增加数目增加,所以电阻值降所以电阻值降低低。电阻率和温度系数随。电阻率和温度系数随材料成分比例、烧结温度材料成分比例、烧结温度和结构状态不同而变化。和结构状态不同而变化。现在还出现了以现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代等为代表的非氧化物系列表的非氧化物系列NTC热敏电阻材料。热敏电阻材料。7/21/202452热敏电阻的外形、结构及符号热敏电阻的外形、结构及符号
38、 a）圆片形）圆片形b）柱形）柱形c）珠形）珠形d）铠装型）铠装型e）厚膜型）厚膜型f）贴片式）贴片式g）图形符号）图形符号1热敏电阻热敏电阻2玻璃外壳玻璃外壳3引出线引出线4纯铜外壳纯铜外壳5传热安装孔传热安装孔7/21/202453例：热敏电阻的例：热敏电阻的R01M，t025，B=4000,100时的电阻值时的电阻值RT=67k。结论：该结论：该NTC在在100时的时的阻值大约只有阻值大约只有25时的时的1/15。7/21/202454PTC热敏电阻热敏电阻在钛酸钡里掺杂其它的在钛酸钡里掺杂其它的多晶陶瓷材料多晶陶瓷材料,压制成圆片等压制成圆片等形状形状,烧结而成烧结而成PTC热敏电阻，
39、属于临界温度型热敏电阻，属于临界温度型(CTR)。当温度上升到某临界点时当温度上升到某临界点时,其电阻值突然上升其电阻值突然上升,可用于电可用于电路的限流、过载保护。大功率路的限流、过载保护。大功率PTC还可用作暖风机中的还可用作暖风机中的加热元件。加热元件。恒温加热恒温加热用用PTC热敏电阻热敏电阻7/21/202455下图所示的四根曲线分别为哪一种热敏电阻？下图所示的四根曲线分别为哪一种热敏电阻？7/21/202456热敏电阻热敏电阻的主要参数的主要参数（1）标标称称阻阻值值R0：一一般般指指环环境境温温度度为为25时时热热敏敏电电阻的电阻值阻的电阻值。（2）B值值：是是反反映映NTC热热
40、敏敏电电阻阻阻阻值值随随温温度度变变化化的的灵敏度，量纲为灵敏度，量纲为1。（3）居居里里温温度度TK：电电阻阻值值陡陡峭峭地地增增高高时时的的温温度度定定义义为居里温度为居里温度。（4）电电阻阻温温度度系系数数：它它表表示示温温度度变变化化1时时的的阻阻值值变化率，单位为变化率，单位为%/。（5）时间常数时间常数：是：是描述热敏电阻热惯性的参数描述热敏电阻热惯性的参数。（6）最最大大工工作作电电流流IM：在在低低阻阻态态时时所所允允许许的的电电流流值值上限上限。（7）额额定定功功率率PM：热热敏敏电电阻阻长长期期、连连续续接接到到电电源源上上时，所允许的消耗功率时，所允许的消耗功率。7/21
41、/202457热敏电阻外形热敏电阻外形 MF12型型 NTC热敏电阻热敏电阻聚脂塑料封装聚脂塑料封装热敏电阻热敏电阻7/21/202458其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 玻璃封装玻璃封装NTC热敏电阻热敏电阻MF58型热敏电阻型热敏电阻7/21/202459其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 带安装孔的热敏电阻带安装孔的热敏电阻大电流大电流PTC热敏电阻热敏电阻7/21/202460其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻（续）（续）贴片贴片式式NTC热敏电阻热敏电阻7/21/202461其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻（续）（续）MF58型（珠形）型（珠形）高准确度负温度系数高准确度
42、负温度系数热敏电阻热敏电阻MF5A-3型热敏电阻型热敏电阻7/21/202462各种非标热敏电阻各种非标热敏电阻7/21/202463非标热敏电阻（续）非标热敏电阻（续） 7/21/202464非标热敏电阻（续）非标热敏电阻（续） 7/21/202465 任务二、热敏电阻的应用任务二、热敏电阻的应用热敏电阻式温度面板热敏电阻式温度面板表表 热敏电阻热敏电阻 LCD显示器显示器7/21/202466热敏电阻电子体温表热敏电阻电子体温表 7/21/202467热敏电阻电子体温表的调试、标定方法热敏电阻电子体温表的调试、标定方法 调试时，应该调试时，应该先调先调哪一只电位哪一只电位器器，再调，再调哪
43、一只哪一只电位器？电位器？使用分隔刻度使用分隔刻度为为0.1的高准的高准确度温度计确度温度计,校校验本设计刻度中验本设计刻度中其他各点是否准其他各点是否准确确,并用单片机并用单片机进行线性化显示进行线性化显示.a）桥式电路）桥式电路b）调频式电路）调频式电路c）数字式体温表）数字式体温表1热敏电阻热敏电阻2指针式显示器指针式显示器3调零电位器调零电位器4调满度电位器调满度电位器7/21/202468热敏电阻与电容器组成的热敏电阻与电容器组成的RCRC多谐振荡器多谐振荡器 多谐振荡器又称为矩形波发生器多谐振荡器又称为矩形波发生器去计算机的计去计算机的计数器数器Rtff7/21/202469热敏电
44、阻用于热敏电阻用于CPU的温度测量的温度测量 n.7/21/202470热敏电阻用于热敏电阻用于电热水器电热水器的温度控制的温度控制 7/21/202471PTC热敏电阻用于温度补偿热敏电阻用于温度补偿 动圈式表头中的动圈由铜线绕制而成。动圈式表头中的动圈由铜线绕制而成。当环境温度当环境温度升高时，动圈的电阻增大，引起表头的指针偏转角减升高时，动圈的电阻增大，引起表头的指针偏转角减小小。可以。可以在动圈回路中串入由负温度系数在动圈回路中串入由负温度系数NTC热敏电热敏电阻组成的电阻网络阻组成的电阻网络，从而抵消由于温度变化所产生的，从而抵消由于温度变化所产生的误差。误差。7/21/202472
45、PTCPTC可恢复熔断器可恢复熔断器 可恢复熔丝（也称可恢保险丝）本体中，聚合树脂可恢复熔丝（也称可恢保险丝）本体中，聚合树脂均匀分布在导电氧化物周围。均匀分布在导电氧化物周围。在正常电流下，在正常电流下，PTC热热敏电阻内部的导电粒子构成链状导电通路，呈现低阻敏电阻内部的导电粒子构成链状导电通路，呈现低阻状态。状态。当电路发生短路或过载时，当电路发生短路或过载时，PTC热敏电阻产生热敏电阻产生较大的热量，使聚合树脂熔化，体积迅速增大，切断较大的热量，使聚合树脂熔化，体积迅速增大，切断导电粒子构成的链状导电通路，使导电粒子构成的链状导电通路，使PTC热敏电阻呈现热敏电阻呈现高阻状态高阻状态，从
46、而使流过，从而使流过PTC热敏电阻的电流迅速减小，热敏电阻的电流迅速减小，起短路保护作用。起短路保护作用。7/21/202473PTCPTC热敏电阻用于继电器控制热敏电阻用于继电器控制 在电动机的定子绕组中在电动机的定子绕组中嵌入正温度突变型热敏电阻，嵌入正温度突变型热敏电阻，并与继电器串联。并与继电器串联。当电动机过载时定子电流增大，引起当电动机过载时定子电流增大，引起发热。发热。当温度大于突变点时，电路中的电流可以由几十当温度大于突变点时，电路中的电流可以由几十毫安突变为十分之几毫安毫安突变为十分之几毫安，因此，因此继电器复位，触发电动继电器复位，触发电动机保护电路机保护电路，从而，从而实
47、现过热保护实现过热保护。由以上分析可知，必须使用由以上分析可知，必须使用正温度系数正温度系数的的突变型突变型热热敏电阻与继电器串联。敏电阻与继电器串联。温度突变点应略高于电动机最温度突变点应略高于电动机最高工作壳温高工作壳温。KA为续流二极管。为续流二极管。7/21/202474PTCPTC热敏电阻用于电动机过载保护控制热敏电阻用于电动机过载保护控制RtA、RtB、RtC分分别别用用环环氧氧树树脂脂固固定定在在电电动动机机的的三三相相定定子子绕绕组组中中。MZ6PTC热热敏敏电电阻阻在在20时时的的阻阻值值小小于于300，转转折折温温度度点点TK为为5时时的的阻阻值值分分别别为为小小于于1k和
48、和大于大于4k。7/21/202475PTCPTC热敏电阻用于电动机过载保护控制热敏电阻用于电动机过载保护控制( (续续) )任何一相绕任何一相绕组超过转折温度组超过转折温度TK时，都将导时，都将导致致IB减小，减小，V截截止，止，KA线圈失线圈失电，触点释放，电，触点释放，给电动机控制电给电动机控制电路一个报警信号，路一个报警信号，从而实现过热保从而实现过热保护作用。护作用。7/21/202476NTCNTC热敏电阻用于汽车油箱油位的判断热敏电阻用于汽车油箱油位的判断将将NTC热热敏敏电电阻阻Rt置置于于汽汽车车燃燃油油箱箱中中的的某某个个高高度度位位置置，在在检检测测电电路路中中施施加加1
49、2V电电压压，限限流流电电阻阻只只允允许许微微小小电电流流流流过过Rt，Rt会会产产生生微微热热。当当燃燃油油液液位位高高于于报报警警下下限限时时，燃燃油油带带走走Rt的的热热量量，Rt的的温温度度较较低低，电电阻阻值值较大较大。反之，反之，当燃油液面当燃油液面降低到报警下限时，降低到报警下限时，Rt暴暴露在空气中，露在空气中，Rt的热量散的热量散发比在液体中慢，所以温发比在液体中慢，所以温度升高，阻值降低度升高，阻值降低。当。当Rt的阻值下降到一定值时，的阻值下降到一定值时，与与Rt串联的红色串联的红色LED亮，亮，产生油位报警信号产生油位报警信号。7/21/202477休休 息息 一一 下下拓展阅读网络资料列表网址：拓展阅读网络资料列表网址：http:/回目录回目录7/21/2024787/21/2024現在時間現在時間是：是： 12:1912:19 休息一下休息一下 7/21/202479
