热电阻传感器.ppt

6.2 热电阻传感器 热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。 分类 热电阻传感器分为金属热电阻和半导体热电阻两大类, 一般把金属热电阻称为热电阻, 而把半导体热电阻称为热敏电阻。 6.2.2热敏电阻 半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的温度敏感元件。半导体材料和金属材料具有完全不同的导电机理，大多数金属的电阻值随温度的升高而增大，而大多数半导体的电阻值随温度升高而急剧地下降。在温度变化1℃时，金属电阻的阻值变化0.4%～0.6%，而半导体热敏电阻的阻值变化3%～6%。由于半导体热敏电阻随温度变化的灵敏度高，因此可用它来测量0.01℃或更小的温度差异。 热敏电阻的温度特性 按半导体电阻随温度变化特性不同，热敏电阻可分为三种类型。负温度系数（NTC）型热敏电阻、正温度系数（PTC）型热敏电阻、临界温度系数（CTR）型热敏电阻。它们的温度特性曲线如图所示。 （1）NTC热敏电阻 负温度系数（NTC）型热敏电阻的阻值随温度的升高而下降。当温度升高时，由于参与导电的载流子数增多，导致热敏电阻的阻值下降。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。NTC热敏电阻特别适用于-100℃～300℃之间的温度测量。 （2）PTC热敏电阻 PTC热敏电阻主要采用BaTiO3系列材料制成。从温度特性曲线可见，当温度超过某一数值（居里温度点）时，其电阻值随温度的升高而急剧增大，当温度低于居里温度点时，具有半导体特性。改变PTC的材料成分，可以得到不同的居里温度点。 （3）CTR热敏电阻 CTR热敏电阻采用V2O3系列材料制成，从温度特性曲线可见，其电阻值随温度变化的特性属剧变型，具有开关特性，主要用于温度开关。 综上所述，半导体热敏电阻与金属热电阻相比较，具有以下优点： ①电阻温度系数大，比金属热电阻约高4～9倍，灵敏度很高。 ②电阻率很大，可以制成极小的测温电阻元件，热惯性小。 ③阻值很大，其连接导线的电阻和接触电阻可以忽略不计，因此测量电路无需采用三线制或四线制形式。可应用于长达几千米的远距离温度测量中。 ④结构简单，使用寿命长，在应用过程中性能比较稳定。 目前半导体热敏电阻还存在一定的缺陷，主要是互换性和稳定性不够理想，虽然近几年有明显的改善，但仍然比不上金属热电阻；其次是它的非线性严重，且不能在高温下使用，因此限制了应用领域。 设计一种传感器 2. 介绍一种日常生活中用到的传感器的工作原理。 3. 出考题 * 用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定的电阻温度系数和电阻率, R-t 关系最好成线性, 物理化学性能稳定, 复现性好等。目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。 6.2.1 金属热电阻 (1)铂热电阻 铂热电阻的特点是精度高、稳定性好、性能可靠, 所以在温度传感器中得到了广泛应用。按IEC标准, 铂热电阻的使用温度范围为-200～650℃。铂电阻阻值与温度变化之间的关系可以近似用下式表示为： Rt和R0分别为t℃和0℃时电阻值; A、B和C为由实验测得的温度系数。 热电阻在温度t时的电阻值与R0 有关。目前我国规定工业用铂热电阻有R0=46Ω和R0=100Ω两种, 它们的分度号分别为Pt46和Pt100, 分别有相应分度表, 即Rt-t 的关系表, 这样在实际测量中, 只要测得热电阻的阻值Rt, 便可从分度表上查出对应的温度值。  铂电阻分度表 (2)铜热电阻 由于铂是贵重金属, 因此, 在一些测量精度要求不高且温度较低的场合, 可采用铜热电阻进行测温, 它的测量范围为-50～+150℃。  铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系几乎是线性的, 可近似地表示为: 式中 为铜电阻的电阻温度系数, 取 =（4.25～4.28）×10-3/℃。  铜热电阻线性好, 价格便宜, 但它易氧化, 不适宜在腐蚀性介质或高温下工作。 铜热电组的两种分度号为Cu50(R0=50Ω)和Cu100（R0=100Ω）。  各种热敏电阻的特性 *