传感器与检测技术项目式教程项目3Pt100热电阻测温传感器的安装与调试稿.ppt

项目3 Pt100热电阻测温传感器的安装与调试 项目描述 本项目要求安装与调试一台由Pt100热电阻构成的测温传感器。 热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。 知识和能力目标； 掌握工业常用的温度检测方法。 熟悉常用热电阻温度检测组件的基本组成、工作原理、安装和调试方法。 掌握热电阻与显示仪表的连接方法。 能够判断热电阻温度检测系统的基本故障。 知识准备 一、热电阻传感器 知识和能力目标； 掌握工业常用的温度检测方法。 掌握常用金属热电阻特性、工作原理及应用。 熟悉热敏电阻特性、工作原理及应用。 熟悉集成温度传感器的应用。 （一）金属热电阻工作原理 金属热电阻是利用电阻与温度成一定函数关系的特性，由金属材料制成的感温元件。当被测温度变化时，导体的电阻随温度变化而变化，通过测量电阻值变化的大小而得出温度变化的情况及数值大小，这就是热电阻测温的基本工作原理。 （二）常用热电阻及特性 常用热电阻材料有铂、铜、铁和镍等，它们的电阻温度系数在（3~6）×10-3/℃范围内，下面分别介绍它们的使用特性。 1.铂电阻 铂，银白色贵金属，VIII族，原子序数78，熔点1772℃，沸点3827℃，又称白金，是目前公认的制造热电阻的最好材料，它性能稳定，重复性好，测量精度高，其电阻值与温度之间有很近似的线性关系。缺点是电阻温度系数小，价格较高。 (a) 普通型铂热电阻实物图 (b) 结构图 图3-1 铂热电阻的构造 1—银引出线2—铂丝3—锯齿形云母骨架 4—保护用云母片 5—银绑带6—铂电阻横断面的阻7—保护套管8—石英骨架 当温度t在-200～0℃范围内时，铂的电阻与温度的关系可表示为 当温度t在0～850℃范围内时，铂的电阻值与温度的关系为 表2-2铂热电阻分度表 2.铜电阻 铜电阻的特点是价格便宜（而铂是贵重金属），纯度高，重复性好，电阻温度系数大，α=（4.25~4.28）×10-3/℃（铂的电阻温度系数在0~100℃之间的平均值为3.9×10-3/℃）,其测温范围为-50~+150℃，当温度再高时，裸铜就氧化了。 在上述测温范围内，铜的电阻值与温度呈线形关系，可表示为 Rt = R0（1 + ɑ t） 铜热电阻的主要缺点是电阻率小（仅为铂的一半左右），所以制成一定电阻时与铂材料相比，铜电阻要细，造成机械强度不高，或要长则体积较大，而且铜电阻容易氧化，测温范围小。 3.其他热电阻 除了铂和铜热电阻外，还有镍和铁材料的热电阻。镍和铁的电阻温度系数大，电阻率高，可用于制成体积大、灵敏度高的热电阻。但由于容易氧化，化学稳定性差，不易提纯，重复性和线性度差，目前应用还不多. （三）热电阻的测量电路 图3-2 热电阻安装测温电路 最常用的热电阻测温电路是电桥电路，如图2-36所示。 为了消除导线电阻的影响，一般采用三线制连接法，如图2-37所示。图3-3（a）的热电阻有三根引出线，而图3-3（b）的热电阻只有两根引出线，但都采用了三线制连接法。采用三线制接法，引线的电阻分别接到相邻桥臂上且电阻温度系数相同，因而温度变化时引起的电阻变化亦相同，使引线电阻变化产生的附加误差减小。 在进行精密测量时，常采用四线制连接法，如图2-38 所示。 （a）三根引出线的三线制接法（b）两根引出线的三线制接法 图3-3 热电阻三线制接法测量桥路 1—电阻体 2—引出线 3—显示仪表 图3-4 热电阻测温电路的四线制接法 二、半导体热敏电阻和集成温度传感器 （一） 热敏电阻传感器 1热敏电阻结构 大部分半导体热敏电阻是由各种氧化物按一定比例混合，经高温烧结而成。如图3-5所示。 图3-5 热敏电阻的外形、结构及符号 1—热敏电阻 2—玻璃外壳 3—引出线 4—紫铜外壳 5—传热安装孔 2热敏电阻的热电特性 热敏电阻是一种新型的半导体测温元件，它是利用半导体的电阻随温度变化的特性而制成的测温元件。按温度系数不同可分为正温度系数热敏电阻（PTC）和负温度系数热敏电阻（NTC）两种。NTC又可分为两大类：第一类电阻值与温度之间呈严格的负指数关系；第二类为突变型（CTR），当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降。 图3-6 热敏电阻的热电特性曲线 1—突变型NTC 2—负指数型NTC 3—正指数型PTC 4—突变型PTC （二）集成温度传感器 集成温度传感器的输出形式有电压型和电流型两种。 1AD59