第二章附热电阻式传感器精要.ppt

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第二章附热电阻式传感器精要.ppt

7.3 热电阻式传感器 7.3.1 金属热电阻 7.3.2 半导体热敏电阻 7.3.3 热电阻式传感器的应用 7.3.1 金属热电阻 作为热电阻的材料要求: 电阻温度系数要大,以提高热电阻的灵敏度; 电阻率尽可能大,以便减小电阻体尺寸; 热容量要小,以便提高热电阻的响应速度; 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。 1. 常用热电阻 铂热电阻 主要作为标准电阻温度计,广泛应用于温度基准、标准的传递。 铜热电阻 测量精度要求不高且温度较低的场合,测量范围一般为―50~150℃。 ⑴ 铂热电阻 目前最好材料 长时间稳定的复现性可达10-4 K ,是目前测温复现性最好的一种温度计。 ⑵ 铜热电阻 应用:测量精度要求不高且温度较低的场合 测量范围:―50~150℃ 优点:温度范围内线性关系好,灵敏度比铂电阻高,容易提纯、加工,价格便宜,复制性能好。 缺点:易于氧化,一般只用于150℃以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。与铂相比,铜的电阻率低,所以铜电阻的体积较大。 2. 热电阻的结构 热电阻的结构 热电阻结构 小型铂热电阻 汽车用水温传感器及水温表 7.3.2 半导体热敏电阻 利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成 由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结 优 点: 热敏电阻的温度系数比金属大(4~9倍) 电阻率大,体积小,热惯性小,适于测量点温、表面温度及快速变化的温度。 结构简单、机械性能好。 缺点:线性度较差,复现性和互换性较差。 1. 热敏电阻特点与类型 正温度系数(PTC) 负温度系数(NTC) 临界温度系数(CTR) PTC热敏电阻-正温度系数 钛酸钡掺合稀土元素烧结而成 用途: 各种电器设备的过热保护, 发热源的定温控制,限流元件。 CTR热敏电阻-临界温度系数 以三氧化二钒与钡、硅等氧化物,在磷、硅氧化物在弱还原气氛中混合烧结而成。在某个温度上电阻值急剧变化,具有开关特性。 用途:温度开关 热敏电阻分类 NTC热敏电阻-很高的负电阻温度系数 主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等过渡金属氧化物 混合烧结而成,改变混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的NTC热敏电阻。 应用:点温、表面温度、温差、温场等测量 自动控制及电子线路的热补偿线路 2. 热敏电阻的结构 构成:热敏探头、引线、壳体 二端和三端器件: 为直热式,即热敏电阻直接由连接的电路获得功率; 四端器件:旁热式 体积达到小型化与超小型化。 热敏电阻的结构形式 热敏电阻外形 MF12型 NTC热敏电阻 其他形式的热敏电阻 玻璃封装NTC 热敏电阻 其他形式的热敏电阻 其他形式的热敏电阻 贴片式NTC热敏电阻 其他形式的热敏电阻 MF58型(珠形)高精度负温度系数热敏电阻 非标热敏电阻 3. 热敏电阻的主要特性 ⑴ 温度特性 热敏电阻的电阻温度系数 热敏电阻在其本身温度变化1℃时,电阻值的相对变化量 ⑵ 伏安特性 在稳态情况下,通过热敏电阻的电流I与其两端的电压U之间的关系。 当流过热敏电阻的电流很小时:不足以使之加热。电阻值只决定于环境温度,伏安特性是直线,遵循欧姆定律。主要用来测温。 当电流增大到一定值时:流过热敏电阻的电流使之加热,本身温度升高,出现负阻特性。因电阻减小,即使电流增大,端电压反而下降。其所能升高的温度与环境条件(周围介质温度及散热条件)有关。当电流和周围介质温度一定时,热敏电阻的电阻值取决于介质的流速、流量、密度等散热条件。可用它来测量流体速度和介质密度。 4. 热敏电阻的主要参数 ⑴ 标称电阻值RH : 在环境温度为25±0.2℃时测得的电阻值,又称冷电阻。其大小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。 ⑵ 材料常数B(K):描述材料特性的一个常数,取决于热敏电阻材料的激活能力,值大,灵敏度高。 (3)电阻温度系数α:指温度升高1℃时,电阻值的相对变化量。电阻率越高,温度系数也越大。 (4)耗散系数H 指热敏电阻的温度与周围介质的温度相差1℃时热敏电阻所耗散的功率,单位为mW /℃; (5) 热容量C 热敏电阻的温度变化1℃所需吸收或释放的热量,单位为J/℃; (6) 能量灵敏度G (W) 使热敏电阻的阻值变化1%所需耗散的功率。 (7) 时间常数τ 温度为T0的热敏电阻突然置于温度为T 的介质中,热敏电阻的温度增量ΔT= 0.63 (T-T0)

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