8-2热电式传感器.ppt

8.3.5 热敏电阻的主要用途 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。 8.2 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。 热电阻广泛应用于-200~850℃范围内的温度测量。 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。 8.2.1 常用的几种热电阻 1. 铂热电阻 在－200～0℃范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为： 在0～850℃范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为： 在-50～150℃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 铜电阻的缺点是电阻率低，体积大，热惯性大，在100℃以上时易氧化。 0℃时的电阻值 t℃时的电阻值 ⑴ 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4.2K~15K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 ⑵ 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。 ⑶ 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。 8.2.2 热电阻的结构 ADC +15V -15V +15V +4.3V +0.7V 2DW7C 3k 3k 3k 3k 1k 100k R12=3.3k 5.1k 1k 2CK11 2CK11 2 3 1 4 10 a b 100Ω 0.1μ 电位差Uab为0.73mV/℃。Uab经比例放大器放大，其增益为A/D转换器所需的0~5V直流电压。D3、D4是放大器的输入保护二极管；R12用于调整放大倍数。放大后的信号经A/D转换成相应的数字信号，可与微机接口。 D3 D4 8.2.3 热电阻测量线路 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。电压表M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 R1 R2 R3 Rt r1 r3 r2 E A B M 图8-19 三线接法 2. 四线式电阻测量电路 图8-20 四线式测量线路 r1 r2 r3 r4 Rt IV IM EM 电压表 恒流源 因IV??IM,IV?0, 又EM=E+IV（ 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。 8.3 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。而且体积可以做得很小，故动态特性好，特别适于在-100℃～300℃之间测温。 热敏电阻的缺点是互换性较差，同一型号的产品特性参数有较大差别；另外其热电特性是非线性的，给使用带来不便。 8.3.1 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。 （b）片状 （c）杆状 （d）垫圈状 图8-21 热敏电阻的结构类型 （a）珠状 玻璃壳 热敏电阻 引线 108 102 104 106 0 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)。 可见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。 8.3.2 热敏电阻的主要特性 图8-22 三类热敏电阻的温度特性 温度（℃） 电阻（Ω） NTC CTR PTC 40 80 120 160 180 NTC热敏电阻的阻值-温度关系为： 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2000~600000，高温下BN 将增大。 或表示为： 图8-23 NTC热敏电阻器的电阻--温度曲线 -10 1/T(oC-1) 105 104 103 102 0 10 30 50 70 85 100 120 LnRT 图中直线的斜率就是热敏电阻的材料