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1、2-4 热电阻温度计 Resistance ThermometerResistance Thermometer 常用热电阻种类常用热电阻种类热电阻的结构热电阻的结构半导体热敏电阻半导体热敏电阻热电阻测温原理热电阻测温原理一、热电阻测温原理及特点一、热电阻测温原理及特点 n n用热电偶测量用热电偶测量500以下温度时，以下温度时，热电势小，测量精度低；且使用中热电势小，测量精度低；且使用中经常需要进行冷端温度补偿。经常需要进行冷端温度补偿。n n故工业上在测低温时通常采用热电故工业上在测低温时通常采用热电阻温度计，其测温范围为阻温度计，其测温范围为 200500。 取一只取一只取一只取一只 10
2、0W/220V 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，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，而计算得到的额定热可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热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为态电阻值应为态电阻值应为态电阻值应为484484 。 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，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变
3、大，电阻值阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加。增加。n n 优点：优点： 1 1）输出信号大、）输出信号大、测温精度高测温精度高； 2 2）电阻电阻信号便于远传；信号便于远传； 3 3）无需冷端补偿；）无需冷端补偿； 4 4）可以实现多点切换测量。）可以实现多点切换测量。1、热电阻测温特点、热电阻测温特点 n n缺点：缺点： 1 1）感温部分体积大，热惯性大；）感温部分体积大，热惯性大； 2 2）不能测取某一点的温度，只能测量）不能测取某一点的温度，只能测量 一个区域的平均温度；一个区域的平均温度； 3 3）在使用时需要外供电源；）在使用时需要外供电源； 4 4）连接导线电阻易受环境
4、温度影响而产）连接导线电阻易受环境温度影响而产生测量误差。生测量误差。n n热电阻温度计的组成：热电阻温度计的组成：热电阻（电阻体、绝缘管热电阻（电阻体、绝缘管热电阻（电阻体、绝缘管热电阻（电阻体、绝缘管和保护套管）和保护套管）和保护套管）和保护套管）连接导线连接导线连接导线连接导线显示仪表显示仪表显示仪表显示仪表2、热电阻测温原理、热电阻测温原理 测温原理测温原理n n金属导体或半导体金属导体或半导体: 电阻值电阻值R = f (温度温度t) n n电阻电阻温温度系数度系数（） 温度变化温度变化1时，导体电阻值的相对时，导体电阻值的相对 变化量，单位为变化量，单位为1/。 灵敏度灵敏度。金属
5、导体金属导体: : tRt ，为正值；为正值； 而半导体而半导体: : tRt ，为负值。为负值。金属金属纯度纯度。有些合金材料，如锰。有些合金材料，如锰铜铜 0。常用热电阻材料的电阻与温度关系常用热电阻材料的电阻与温度关系常用热电阻材料的电阻与温度关系常用热电阻材料的电阻与温度关系 n n根据根据感温元件的材质感温元件的材质可分为可分为金属导体金属导体和和半导体半导体两大类。金属热电阻目前大量使两大类。金属热电阻目前大量使用的有铂、铜和镍三种。用的有铂、铜和镍三种。n n按按准确度等级准确度等级可分为可分为标准电阻温度计标准电阻温度计和和工业电阻温度计工业电阻温度计。 二、常用热电阻种类二、
6、常用热电阻种类n n热电阻材料要求：热电阻材料要求：（1 1）物理及化学性质稳定；）物理及化学性质稳定；（2）电阻温度系数电阻温度系数大；大；（3 3）电阻率电阻率大；大；（4 4）电阻值与温度近似为）电阻值与温度近似为线性线性关系；关系； （5 5）复现性好；）复现性好； （6）价格便宜。）价格便宜。 特点：稳定性好、精确度高、性能可靠。特点：稳定性好、精确度高、性能可靠。ITS90规定以铂电阻温度计作为规定以铂电阻温度计作为13.8033K961.78温域的标准内插仪器温域的标准内插仪器（1）铂热电阻）铂热电阻 （Pt）铂的电阻值与温度的关系铂的电阻值与温度的关系铂的电阻值与温度的关系铂的
7、电阻值与温度的关系 在在在在20020000范围内：范围内：范围内：范围内： 在在在在0 0850 850 范围内：范围内：范围内：范围内： 铂电阻的纯度铂电阻的纯度铂电阻的纯度铂电阻的纯度 通常用通常用通常用通常用R R100100/R/R0 0表示。表示。表示。表示。铂电阻的分度号铂电阻的分度号铂电阻的分度号铂电阻的分度号: : Pt 10Pt 10、Pt 100Pt 100、Pt 50Pt 50Pt10Pt10表示铂电阻在表示铂电阻在表示铂电阻在表示铂电阻在00时的电阻值为时的电阻值为时的电阻值为时的电阻值为R R0 01010 学习查“铂热电阻分度表” 铂热电阻分度表铂热电阻分度表 铜
8、电阻与温度的关系铜电阻与温度的关系 在在在在5050150150范围内：范围内：范围内：范围内： 在在在在0 0100100范围内，电阻温度关系是线性的：范围内，电阻温度关系是线性的：范围内，电阻温度关系是线性的：范围内，电阻温度关系是线性的： R Rt t = = R R0 0(1+(1+tt) ) 式中，式中，式中，式中， (4.254.28)10(4.254.28)103 3/, /, （2）铜热电阻）铜热电阻 （Cu）优点：优点：优点：优点：R-tR-tR-tR-t关系近似线性；关系近似线性；关系近似线性；关系近似线性； 较大；材料易较大；材料易较大；材料易较大；材料易提纯；价格便宜，
9、互换性好。提纯；价格便宜，互换性好。提纯；价格便宜，互换性好。提纯；价格便宜，互换性好。缺点：缺点：缺点：缺点：电阻率较小，为保持一定阻值需要电阻率较小，为保持一定阻值需要电阻率较小，为保持一定阻值需要电阻率较小，为保持一定阻值需要细而长的铜丝，使体积细而长的铜丝，使体积细而长的铜丝，使体积细而长的铜丝，使体积 热惯性热惯性热惯性热惯性 ；测温上；测温上；测温上；测温上限低，因为铜在限低，因为铜在限低，因为铜在限低，因为铜在100100以上易氧化且抗腐以上易氧化且抗腐以上易氧化且抗腐以上易氧化且抗腐蚀性差。蚀性差。蚀性差。蚀性差。铜电阻的分度号铜电阻的分度号铜电阻的分度号铜电阻的分度号 Cu5
10、0 Cu50 Cu50 Cu50 和和和和 Cu100 Cu100 Cu100 Cu100 特点：电阻温度系数大，灵敏度高。特点：电阻温度系数大，灵敏度高。测温范围是测温范围是60180，主要用，主要用于较低温域。于较低温域。镍电阻的分度号有镍电阻的分度号有Ni100、Ni300和和Ni500（3）镍热电阻（）镍热电阻（Ni） 热电阻的主要技术性能热电阻的主要技术性能 例：例：用分度号用分度号Cu100的铜电阻温度计测得的铜电阻温度计测得发电机冷却水温度为发电机冷却水温度为56，但检定时确，但检定时确知铜热电阻的知铜热电阻的R0100.8 ，电阻温度，电阻温度系数系数4.2910-3/，试求冷
11、却水的，试求冷却水的实际温度。实际温度。解：解：测温时显示仪表按测温时显示仪表按R0=100 , 4.2810-3/分度的，分度的， Rt = R0(1+t)，故，故 100(1十十0.0042856) = 100.8(1十十0.00429t) 由此求得冷却水实际温度由此求得冷却水实际温度 t =53.6。三、热电阻的结构三、热电阻的结构 （1）普通）普通热电阻热电阻 （2）铠装）铠装热电阻热电阻 薄膜型及普通型铂热电阻小型铂热电阻防爆型铂热电阻汽车用水温传感器及水温表铜热电阻铜热电阻铂电阻温度显示、变送器 热电阻的接线方法：热电阻的接线方法： 引出线引出线引出线引出线由热电阻体至接线端子的连
12、接导线由热电阻体至接线端子的连接导线由热电阻体至接线端子的连接导线由热电阻体至接线端子的连接导线 平衡状态下：平衡状态下：IA RA-IBRB0ItRt-IDRD 0IA IB It ID电桥安装在仪表室内的，而热电阻电桥安装在仪表室内的，而热电阻Rt安装安装在被测对象中，距仪表室有一定的距离，在被测对象中，距仪表室有一定的距离，由于两根导线电阻由于两根导线电阻Ra及及Rb在一个桥臂内，在一个桥臂内，铜导线电阻受温度影响较大，在热电阻没铜导线电阻受温度影响较大，在热电阻没有任何变化时，导线电阻变化会使得平衡有任何变化时，导线电阻变化会使得平衡电阻电阻RD相应移动，标尺上的读数改变。相应移动，标
13、尺上的读数改变。移动滑线电阻移动滑线电阻RD，检流计，检流计指针指零，表示电桥平衡指针指零，表示电桥平衡由于由于RARB一定，故移动一定，故移动RD的电阻值的电阻值不断平衡，可通过不断平衡，可通过RD电阻刻度或温度电阻刻度或温度刻度读取温度变化。刻度读取温度变化。二线制连接法（惠斯登电桥）二线制连接法（惠斯登电桥）平衡状态下，考虑平衡状态下，考虑Ra、 Rc和和RbRt+ Rc （RA+ Ra）RD/RB注意：平衡时注意：平衡时Ib 0导线电阻导线电阻Ra及及Rb分别在相邻桥臂分别在相邻桥臂RA及及RD中，另一导线电阻接到导线的输出端。如中，另一导线电阻接到导线的输出端。如果果RARD，则环境
14、温度变化及电阻自身，则环境温度变化及电阻自身发热引起导线电阻发热引起导线电阻Ra及及Rb的变化基本相等，的变化基本相等，对电桥平衡影响极小。对电桥平衡影响极小。三线制连接法（卡仑达尔电桥）三线制连接法（卡仑达尔电桥）（1 1）两线制两线制两线制两线制 存在引出线电阻随温度变化产生的附加误差；存在引出线电阻随温度变化产生的附加误差；存在引出线电阻随温度变化产生的附加误差；存在引出线电阻随温度变化产生的附加误差；（2 2）三线制三线制三线制三线制 可以消除引出线电阻的影响；工业上多采用。可以消除引出线电阻的影响；工业上多采用。可以消除引出线电阻的影响；工业上多采用。可以消除引出线电阻的影响；工业上
15、多采用。（3 3）四线制四线制四线制四线制 不仅可消除引出线电阻的影响，还可消除连接不仅可消除引出线电阻的影响，还可消除连接不仅可消除引出线电阻的影响，还可消除连接不仅可消除引出线电阻的影响，还可消除连接导线间接触电阻及其阻值变化的影响。多用于标导线间接触电阻及其阻值变化的影响。多用于标导线间接触电阻及其阻值变化的影响。多用于标导线间接触电阻及其阻值变化的影响。多用于标准铂热电阻的引出线上。准铂热电阻的引出线上。准铂热电阻的引出线上。准铂热电阻的引出线上。热电阻在使用中的注意事项：热电阻在使用中的注意事项：n n为减小环境温度对线路电阻的影响，工业上常采用为减小环境温度对线路电阻的影响，工业上
16、常采用为减小环境温度对线路电阻的影响，工业上常采用为减小环境温度对线路电阻的影响，工业上常采用三线制连接，也可以采用四线制连接。三线制连接，也可以采用四线制连接。三线制连接，也可以采用四线制连接。三线制连接，也可以采用四线制连接。n n热电阻引入显示仪表的线路电阻必须符合规定值，热电阻引入显示仪表的线路电阻必须符合规定值，热电阻引入显示仪表的线路电阻必须符合规定值，热电阻引入显示仪表的线路电阻必须符合规定值，否则将产生系统误差。否则将产生系统误差。否则将产生系统误差。否则将产生系统误差。n n热电阻工作电流应小于规定值，否则因过大电流造热电阻工作电流应小于规定值，否则因过大电流造热电阻工作电流
17、应小于规定值，否则因过大电流造热电阻工作电流应小于规定值，否则因过大电流造成自热效应，产生附加误差。成自热效应，产生附加误差。成自热效应，产生附加误差。成自热效应，产生附加误差。n n热电阻分度号必须与显示仪表调校时分度号相向。热电阻分度号必须与显示仪表调校时分度号相向。热电阻分度号必须与显示仪表调校时分度号相向。热电阻分度号必须与显示仪表调校时分度号相向。四、半导体热敏电阻 （Semiconductor Heat-sensitive ResistanceSemiconductor Heat-sensitive Resistance） n n工作原理：工作原理： 是利用半导体材料的是利用半导体
18、材料的电阻随温度显电阻随温度显著变化著变化这一特性制成的感温元件。这一特性制成的感温元件。 由某些金属氧化物按一定的配方比由某些金属氧化物按一定的配方比例压制烧结而成。例压制烧结而成。负温度系数负温度系数负温度系数负温度系数(NTC)(NTC)热敏电阻（热敏电阻（热敏电阻（热敏电阻（阻值随温度升高而显著减少）阻值随温度升高而显著减少）阻值随温度升高而显著减少）阻值随温度升高而显著减少） 采用采用采用采用MnOMnO2 2、Mn(NOMn(NO3 3) )4 4、CuOCuO、Cu(NOCu(NO3 3) )2 2等化合物制造；等化合物制造；等化合物制造；等化合物制造；正温度系数正温度系数正温度
19、系数正温度系数(PTC)(PTC)热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻 采用采用采用采用NiONiO2 2、ZrOZrO2 2等化合物制造；等化合物制造；等化合物制造；等化合物制造；临界温度临界温度临界温度临界温度(CTR)(CTR)热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻 当温度超过某一数值后，电阻会急剧增加或减少。当温度超过某一数值后，电阻会急剧增加或减少。当温度超过某一数值后，电阻会急剧增加或减少。当温度超过某一数值后，电阻会急剧增加或减少。 热敏热电阻温度特性n n电阻与温度的关系（非线性的）：电阻与温度的关系（非线性的）： T为热力学温度；为热力学温度；e2.71828；A、B为常数。为常数。在
20、温度在温度在温度在温度T T0 0时的电阻值为时的电阻值为时的电阻值为时的电阻值为两式整理得两式整理得:例例 已知某半导体热敏电阻在已知某半导体热敏电阻在20时的时的阻值为阻值为100，其电阻与温度斜率为，其电阻与温度斜率为dR/dt=5.0/K。 试求：该热敏电阻在试求：该热敏电阻在50时的阻值。时的阻值。提示提示 利用公式利用公式解解 代入已知数据，即可求得代入已知数据，即可求得代入已知数据，即可求得代入已知数据，即可求得A A和和和和B B的值的值的值的值 A=0.000043092 ( A=0.000043092 (); B=4296.8 (K); B=4296.8 (K) 再利用公式
21、求得，再利用公式求得，再利用公式求得，再利用公式求得，R RT T在在在在50(50(即即即即5050273.15K)273.15K)时时时时的阻值为的阻值为的阻值为的阻值为25.64 25.64 。n n优点：优点：优点：优点： 1 1）电阻温度系数大，灵敏度高；电阻温度系数大，灵敏度高；电阻温度系数大，灵敏度高；电阻温度系数大，灵敏度高； 2 2）电电电电阻阻阻阻率率率率很很很很大大大大，体体体体积积积积可可可可做做做做的的的的很很很很小小小小，热热热热惯惯惯惯性性性性小小小小，响应快响应快响应快响应快, , , ,可用来测量点的温度可用来测量点的温度可用来测量点的温度可用来测量点的温度。
22、 3 3）电电电电阻阻阻阻值值值值很很很很大大大大，连连连连接接接接导导导导线线线线电电电电阻阻阻阻变变变变化化化化的的的的影影影影响响响响可可可可忽略；忽略；忽略；忽略；n n缺点：缺点：缺点：缺点： 1 1）同一型号的热敏电阻的电阻温度特性分散）同一型号的热敏电阻的电阻温度特性分散）同一型号的热敏电阻的电阻温度特性分散）同一型号的热敏电阻的电阻温度特性分散性很大，互换性差；性很大，互换性差；性很大，互换性差；性很大，互换性差； 2 2）电阻温度关系不稳定，随时间而变电阻温度关系不稳定，随时间而变电阻温度关系不稳定，随时间而变电阻温度关系不稳定，随时间而变, ,需及时需及时需及时需及时标定。
23、标定。标定。标定。n n半导体热敏电阻的结构图：半导体热敏电阻的结构图： a：珠形热敏电阻；：珠形热敏电阻；b：涂敷玻璃的热敏电阻：涂敷玻璃的热敏电阻1：电阻（金属氧化物烧结体）；：电阻（金属氧化物烧结体）；2：引出线（铂丝）；：引出线（铂丝）；3：玻璃；：玻璃；4：杜美丝：杜美丝c: 带玻璃保护套管的热敏电阻带玻璃保护套管的热敏电阻1：金属氧化物烧结体；：金属氧化物烧结体；2：铂丝；：铂丝；5：玻璃管：玻璃管 热热敏敏敏敏电电阻的外形、阻的外形、阻的外形、阻的外形、结结构及符号构及符号构及符号构及符号a a）圆片型热敏电阻）圆片型热敏电阻 b b）柱型热敏电阻）柱型热敏电阻 c c）珠型热敏
24、电阻）珠型热敏电阻 d d）铠装型）铠装型 e e）厚膜型）厚膜型 f f）图形符号）图形符号11热敏电阻热敏电阻 2 2玻璃外壳玻璃外壳 3 3引出线引出线 44紫铜外壳紫铜外壳 5 5传热安装孔传热安装孔 热敏电阻外形 MF12 MF12型型 NTCNTC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其他形式的热敏电阻 玻璃封装玻璃封装NTCNTC热敏电阻热敏电阻MF58 型热敏电阻型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功率大功率PTC热敏电阻热敏电阻其他形式的热敏电阻（续） MF58型（珠形）型（珠形）高精度负温度系数高精度负温度系数热敏电阻热敏电
25、阻MF5A-3型热敏电阻型热敏电阻（参考深圳科蓬达电子有限公司资料）（参考深圳科蓬达电子有限公司资料）非标热敏电阻非标热敏电阻（续） 非标热敏电阻（续） 热敏电阻温度面板表 热敏电阻热敏电阻 LCD热敏电阻体温表 热敏电阻用于CPU的温度测量 （参考小熊在线公司资料）（参考小熊在线公司资料）（参考小熊在线公司资料）（参考小熊在线公司资料）热敏电阻用于电热水器的温度控制 课外作业：1 1、某铜电阻在、某铜电阻在、某铜电阻在、某铜电阻在2020时的阻值时的阻值时的阻值时的阻值R R2020=16.28=16.28,其电阻温其电阻温其电阻温其电阻温度系数度系数度系数度系数04.2510-3-1，求该
26、电阻在求该电阻在求该电阻在求该电阻在100100时时时时的阻值。的阻值。的阻值。的阻值。2 2、某测热电阻阻值的显示仪表是按初始阻值、某测热电阻阻值的显示仪表是按初始阻值、某测热电阻阻值的显示仪表是按初始阻值、某测热电阻阻值的显示仪表是按初始阻值R R0 0=100=100 、电阻温度系数、电阻温度系数、电阻温度系数、电阻温度系数04.2810-3-1分分分分度的；但实际的度的；但实际的度的；但实际的度的；但实际的R R0 0=98.6 =98.6 、电阻温度系数、电阻温度系数、电阻温度系数、电阻温度系数04.2510-3-1 ，求仪表示值为，求仪表示值为，求仪表示值为，求仪表示值为164.27164.27 时的测温绝对误差为多少时的测温绝对误差为多少时的测温绝对误差为多少时的测温绝对误差为多少。 提示提示提示提示 利用利用利用利用 R=R R=R0 0(1+(1+0t) t)
