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1、第七章第七章 热电式传感器热电式传感器7-1 7-1 热电阻传感器热电阻传感器 热电阻传感器热电阻传感器是利用导体的电阻随温度变化的特是利用导体的电阻随温度变化的特性，对温度和温度有关的参数进行检测的装置。性，对温度和温度有关的参数进行检测的装置。 金属原子最外层的电子能自由移动，随着温度的金属原子最外层的电子能自由移动，随着温度的增加，电子的热运动加剧，电子之间、电子与振动增加，电子的热运动加剧，电子之间、电子与振动的金属离子之间的碰撞机会就不断增加，因此电子的金属离子之间的碰撞机会就不断增加，因此电子的定向移动将受到阻碍，金属的的定向移动将受到阻碍，金属的电阻率电阻率也随之增大。也随之增大
2、。 1实践证明，纯金属、铂、铜、铁和镍是比较适合实践证明，纯金属、铂、铜、铁和镍是比较适合的材料，其中主要应用的是的材料，其中主要应用的是铂和铜铂和铜。铂铂是一种贵重金属，其物理和化学性能非常稳定是一种贵重金属，其物理和化学性能非常稳定是制造热电阻的最好材料，主要作标准电阻温度计。是制造热电阻的最好材料，主要作标准电阻温度计。铜铜可用来制造可用来制造-50150范围内工业用电阻温度范围内工业用电阻温度计，特点是计，特点是价格低廉价格低廉，缺点是，缺点是电阻率低电阻率低，且，且容易氧容易氧化化，一般用在较低温度和没有水分和浸蚀性的介质，一般用在较低温度和没有水分和浸蚀性的介质之中。之中。一、一、
3、 金属热电阻的材料金属热电阻的材料2l铂丝的电阻值与温度之间的关系铂丝的电阻值与温度之间的关系在在-2000范围内，范围内，RtR01+At+Bt 2+C(t100)t 3在在0850范围内，范围内，RtR01+At+Bt 2R0当温度为当温度为0时的电阻值；时的电阻值；Rt温度为温度为t时的电阻值；时的电阻值；A、B、C由实验确定的常数。由实验确定的常数。A3.9080210-3/B=-5.80210-7/2C-4.2735010-12/43即便在氧化性介质中，其物理、化学性能都很稳定；易提纯，复现性好，有良好的工艺性 ；有较高的电阻率 ； 在还原性介质中性能易受影响；电阻温度系数不太高 ；
4、价格贵 。铂电阻的特点铂电阻的特点4几种铂电阻几种铂电阻5医疗器械铂电阻医疗器械铂电阻薄膜铂电阻元件薄膜铂电阻元件用用于汽车工业、白色家电，食品加工业、医疗行业。于汽车工业、白色家电，食品加工业、医疗行业。尺寸：尺寸：2.3mm2.1mm0.9mm（长（长宽宽高）高）线长线长10mm6防水封装铂电阻防水封装铂电阻核心元件：德国进口精密铂电阻（核心元件：德国进口精密铂电阻（PT100PT1000）元件精度：元件精度：0.15(A级级)0.30(B级级)封装材料：镀镍铜管或不锈钢管封装材料：镀镍铜管或不锈钢管管料尺寸：管料尺寸：4*25mm连接线：连接线：PVC包胶电缆线（可选择耐高温型的）包胶电
5、缆线（可选择耐高温型的）7-50150温度范围内，铜电阻与温度之间的关温度范围内，铜电阻与温度之间的关系为：系为：RtR0(1+At+Bt 2+Ct 3)Rt温度为温度为t时的铜电阻值时的铜电阻值R0温度为温度为0时的铜电阻值时的铜电阻值A、B、C常数常数l铜丝的电阻值与温度之间的关系铜丝的电阻值与温度之间的关系铜：铜：Cu50、Cu100铂的测温精度很高，达铂的测温精度很高，达0.001铜铜0.5（5050），），1（50150）8铜电阻的特点铜电阻的特点电阻率小 ；容易氧化 ；价格便宜 。9WZC-111/12*1000mmCu5010二、二、热电阻的结构热电阻的结构保护管保护管内部导线内
6、部导线绝缘管绝缘管热电阻热电阻盖盖接线座接线座骨架骨架漆包铜线漆包铜线引出线引出线铜热电阻结构示意图铜热电阻结构示意图云母骨架云母骨架铂丝铂丝弹簧支承片弹簧支承片银引出线银引出线云母弹簧型云母弹簧型11三、热电阻测量线路三、热电阻测量线路根据热电阻引线方式不同，可分为：根据热电阻引线方式不同，可分为：12热电阻测温电桥两线连接法热电阻测温电桥两线连接法特点：特点：引线方式简引线方式简单，费用低，但是引单，费用低，但是引线电阻及引线电阻的线电阻及引线电阻的变化会带来附加误差。变化会带来附加误差。适用于引线不长、测温精度要求较低的场合。适用于引线不长、测温精度要求较低的场合。13R1R2R3ERt
7、GRp热电阻测温电桥三线连接法热电阻测温电桥三线连接法r2r1r314热电阻测温电桥四线连接法热电阻测温电桥四线连接法157-2 7-2 热敏电阻传感器热敏电阻传感器热敏电阻是用半导体材热敏电阻是用半导体材料制成的热敏器件，与金属料制成的热敏器件，与金属热电阻比较而言，具有热电阻比较而言，具有温度温度系数高系数高，灵敏度高灵敏度高，热惯性热惯性好（适宜动态测量）好（适宜动态测量）但其但其稳稳定性和互换性较差定性和互换性较差。温度温度半导体半导体热敏电阻热敏电阻电电阻阻铂热电阻铂热电阻金属的电阻随温度的升高而金属的电阻随温度的升高而增大，但半导体却相反，它增大，但半导体却相反，它的电阻值随温度的
8、升高而急的电阻值随温度的升高而急剧减小，并呈现非线性。剧减小，并呈现非线性。一、工作原理一、工作原理 16NTC热敏电阻的材料是一种由锰（热敏电阻的材料是一种由锰（Mn）、镍）、镍（Ni）、铜（）、铜（Cu）、钴（）、钴（Co）、铁（）、铁（Fe）等金属）等金属氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，改变混氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，改变混合物的成分和配比就可以获得测温范围、阻值及温合物的成分和配比就可以获得测温范围、阻值及温度系数不同度系数不同NTC热敏电阻热敏电阻。它具有。它具有负的电阻温度系负的电阻温度系负的电阻温度系负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。数，随温度上升而阻值下
9、降。数，随温度上升而阻值下降。数，随温度上升而阻值下降。NTC热敏电阻应用广泛。热敏电阻应用广泛。二、热敏电阻的基本类型二、热敏电阻的基本类型 1、NTC热敏电阻热敏电阻根据热敏电阻率随温度变化的特性不同，热敏电根据热敏电阻率随温度变化的特性不同，热敏电阻基本可分为三种类型。阻基本可分为三种类型。172、CTR热敏电阻热敏电阻CTR热敏电阻随温度变化的热敏电阻随温度变化的特性属剧变型，具有开关特性，特性属剧变型，具有开关特性，如左图所示。当温度高于居里如左图所示。当温度高于居里点点TC时，其阻值会减小到临界时，其阻值会减小到临界状态，突变的数量级为状态，突变的数量级为24。主。主要作温度开关。
10、要作温度开关。因此又称这为因此又称这为临界热敏电阻临界热敏电阻。Tc温度温度T（）200150100500103101105107电阻率电阻率（.cm）183、PTC热敏电阻热敏电阻TNTC1062001000101102103104105107温度温度T（）电阻率电阻率（.cm）PTC热敏电阻具有以下特性：热敏电阻具有以下特性：(1)当温度低于居里点当温度低于居里点TC时，具有时，具有半导体特性；半导体特性；(2)当温度高于居里点当温度高于居里点TC时，电阻时，电阻值随温度升高而急剧增大，至值随温度升高而急剧增大，至TN温温度时出现负阻现象；度时出现负阻现象；基于基于PTC热敏电阻的特性，可
11、利热敏电阻的特性，可利用其自控作用，做成各种恒温器、用其自控作用，做成各种恒温器、限流保护元件或温控开关。还可以限流保护元件或温控开关。还可以用用PTC组成发热元件，功率一般为组成发热元件，功率一般为几瓦到数百瓦。几瓦到数百瓦。19热敏电阻的特点热敏电阻的特点电阻温度系数大，灵敏度高；形状多样，体积小，热惯性小，响应速度快；电阻值大，远距离测量时可不考虑导线电阻的影响；在-50C350C范围内具有良好的稳定性；阻值分散性大、复现性差；非线性大；老化较快。20典型的热敏电阻元件有圆形、杆形和珠形等，典型的热敏电阻元件有圆形、杆形和珠形等，其结构及温度特性如图所示。其结构及温度特性如图所示。 21
12、热敏电阻的结构热敏电阻的结构22实物图片实物图片1.耗散系数：耗散系数：5mW/2.热时间常数热时间常数:10S3.测温范围测温范围:-40+110主要用于电饭锅等烹饪用具。主要用于电饭锅等烹饪用具。耐高温，反应快而精确耐高温，反应快而精确23ABS材质外壳，材质外壳，PVC导线导线,用用于电冰箱、冰柜。耐腐防潮于电冰箱、冰柜。耐腐防潮1.耗散系数：耗散系数：5mW/2.热时间常数热时间常数:10S3.测温范围测温范围:-40+11024铜质外壳，铜质外壳，PVC导线，导线，用于空调、饮水机用于空调、饮水机铜制、不锈钢外壳，铜制、不锈钢外壳，PVC导线，用于热水器导线，用于热水器25MZ4系列加热用系列加热用PTC热敏电阻热敏电阻MZ5汽车测温用汽车测温用PTC热敏电阻热敏电阻26
