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)