传感器与检测技术项目教程模块三、温度检测（上）.ppt

任务一 认识铂热电阻 金属热电阻的正温度系数 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阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加，称其为正温度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。 测温热电阻可分为金属和半导体两大类。 金属丝电阻随温度增高而变大的演示 取一只 100W/220V 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态电阻值应为484Ω。请说明钨丝的温度系数的正负。 超导现象 1911年，荷兰物理学家昂内斯（Kamerlingh Onnes）在用液氦将汞的温度降到4.2K时，发现汞的电阻降为零。 昂内斯将这种现象称为物质的超导性。 昂内斯和其他科学家又陆续发现了其他一些金属也是超导体。昂内斯因为这项重大发现而获得1913年的诺贝尔物理学奖。 超导磁悬浮 易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻 制作热电阻的材料必须具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、一致性好、使用温度范围宽、加工容易等特点。 （ ） 金属热电阻材料的主要技术性能 热电阻的阻值Rt与温度t的关系表达式 R t =R0(1+At+Bt 2+Ct 3+Dt 4) 式中 R t ——热电阻在t时的电阻值； R0——热电阻在0℃时的电阻值； A、B、C、D——温度系数 热电阻的阻值Rt与t之间并不完全呈线性关系。在规定的测温范围内，根据国际电工委员会（IEC）颁布的分度表数值，列出每隔1℃的Rt电阻值，这种表格称为热电阻分度表，见附录C。 在工程中，若不考虑线性度误差的影响，有时也可以利用温度系数α来近似计算热电阻的阻值Rt。即： R t =R0(1+αt） 装配式铂热电阻 0℃时的电阻为100Ω 接线盒 薄膜式铂热电阻 Pt1000薄膜热电阻在0℃时的电阻为1kΩ， 最大工作电流小于0.3mA。 在真空清洁室中，将铂金属喷射在陶瓷体上，然后用激光进行光刻和阻值的微调,再焊接两根引线。在铂金上涂上一层特殊的绝缘玻璃层。薄膜热电阻的响应时间只需几秒。 薄膜式铂热电阻工艺过程示意图 小型铂热电阻 防爆式铂热电阻 坚实的外壳起“隔爆”作用， 工作电流控制在安全范围。 铠装式铂热电阻 1－接线盒 2－引出线密封管 3－法兰盘 4－柔性外套管（可达百米） 5－测温端部 端面式热电阻及其在测温端面的安装 螺纹深入到被测物内部，能更快速地反映被测物的实际温度。 汽车用水温传感器及水温表 铜热电阻 学习查“铂热电阻分度表” 如何判断铂热电阻是否线性 铂电阻温度显示、变送器 上下限设定键 上限 下限 上上限 下下限 测量值 可设定温度的温度控制箱 旋转式机械 设定开关 拨码式 设定开关 不易被改动， 适合车间使用 任务二 铂热电阻组桥方案一、二线制电桥 方案一：二线制电桥测量电路 R1为铂热电阻，R2、R3、R4为锰铜精密电阻(固定电阻)。电桥的调零在0℃的情况下进行。热电阻Rt被安装在测温点上,然后用连接导线连接到电桥的接线端子上。引线电阻r1a、r1b及其随长度和温度的变化将引起测量误差。 方案二：四线制恒流测量电路 恒流源Ii的恒定激励电流流过Rt，在R t上产生降压Uo=Ii R t。输出电压Uo的变化量ΔUo与被测温度变化引起的电阻变化量ΔR成正比。 由于输出电压是直接从Rt两端引出的，所以激励电流Ii在r1a、r1b上的压降就不被包括到Uo中，因此可以克服引线电阻的影响。本底电压Uo0所占比例较大，而反映温度变化的ΔUo相对较小，降低了系统的分辨力。 方案三：三线制电桥测量电路 1－连接电缆 2－屏蔽层 RP1－调零电位器 RP2－调满度电位器 三线制电桥特点 采用三线制单臂电桥可以消除和减小引线电阻的影响。热电阻R t用三根导线①、②、③引至测温电桥。 图3-7 铂热电阻的三线制电桥测量电路 1－连接电缆 2－屏蔽层 RP1－调零电位器 RP2－调满度电位器 三线制电桥特点（续） 其中两根引线的内阻（r1、r4）分别串入测量电桥相邻两臂的R1、R4上，(R1+r1)/R2=(R4+r4)/R3。引线的长度变化不影响电桥的平衡,所以可以避免因连接导线电阻受环境影响而引起的测量误差。 三线制电桥特点（续） 差动放大器的4个电阻的比例应上图右下角所示的公式,可以提高直流以及交流”共模干扰”的”共模抑制比”。 WP6200系列热电阻温度变送器的接线盒 SBWZ2系列三线制热电阻温度变送器的接线图 利用热丝（铂热电阻）测量气体流速（流量） 内置铂金热丝 风 利用热丝测量气体流速（流量） 内置铂金丝 被加热到200℃ 风