传感器技术 课件 第8章 热电式传感器.pptx

第8章热电式传感器;简介

热电式传感器是利用转换元件电参量随温度变化

的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测的装置。

将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器；将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。

热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类。;热电阻材料必须具有以下特点：

高温度系数。对温度变化敏感，便于精确测量。

高电阻率、热容小。热电信号反应速度快，便于提高灵敏度，减小体积和重量。

(3)化学、物理性能稳定。以保证在使用温度范围内热电阻的测量准确性。

(4)良好的输出特性。即必须有线性的或者接近线性的输出。

(5)良好的工艺性，性价比合理。便于批量生产、降低成本。

适宜制作热电阻的材料有铂、铜、镍、铁等。;8.1.1热电阻介绍：

铂、铜热电阻的特性

铂、铜：应用最广的热电阻材料。

虽然铁、镍的温度系数和电阻率均比铂、铜要高，但

由于存在着不易提纯和非线性严重的缺点，用得不如前者多。

铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定

制成的铂电阻输入－输出特性接近线性，测量精度高。;;铂丝的电阻值与温度之间的关系，即特性方程如下：

当温度t在－200℃≤t≤0℃时：;;在―50～150℃温度范围内，铜电阻的阻值与

温度之间的关系为;常用热电阻温度特性(纵坐标进行了归一化)

思考：热电阻的温度系数？（正？负？）;两线制接法精度较低，R1为热电阻，R1以外的其它电阻值等于热电阻0℃时的阻值。;测温线路的分析：;热电阻的二线制测量电路热电阻的三线制测量电路

?;13;由此得到：;;

本节重点：

1、掌握铜、铂两种热电阻的用法，电阻温度特性。

2、三线制、四线制电桥电路。

;8.2热敏电阻;8.2热敏电阻的主要特性;根据它们的温度系数，热敏电阻分为负温度系数（NTC）热敏电阻、正温度系数（PTC）热敏电阻和临界温度系数（CTR）热敏电阻，其特性图如上图所示。;NTC热敏电阻主要由混合的金属氧化物制成一个多孔的陶瓷体。形成了一个具有半导体性质的网络结构。电流通过这个网络时，其路径受到温度的影响，导致当温度升高时，其电阻值降低。

PTC热敏电阻主要由特种聚合物或陶瓷材料制成，陶瓷PTC主要是基于钛酸钡（BaTiO3）等铁电材料。这些材料在特定的温度（Curie温度）附近表现出明显的电阻突增，这种特性使得PTC热敏电阻在各种电路保护中非常有用，尤其是在需要自恢复功能的场合。

CTR热敏电阻主要以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱还原气体中混合烧结而成，成半玻璃状，具有负温度系数。随着温度的升高，电阻值会急剧减少，具有开关特性。;温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。它除具有结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。;本节的基本要求和知识点;;;分析：

热电偶回路;接触电（动）势;两接点的接触电动势;式中，k－波尔兹曼常数，k＝1.381×10-23J/k;

q0－电子电荷量，q0＝1.602×10-19C;

T,T0－结点处的绝对温度（K）；

nA，nB－材料A、B的自由电子浓度，随温度变化。

（温度一定，材料决定了电势大小）;;同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。;导体A的温差电势为：;热电偶回路中产生的总热电势;(a)两热电极材料相同时（A是B，B是A），总电动势为0

eAA(T)＋eA(T,T0)－eAA(T0)－eA(T,T0)=0

(b)两接点温度相同时（T=T0），总电动势为0

eAB(T)＋eB(T,T)－eAB(T)－eA(T,T)=0;可见：只要测出eAB（T,T0）的大小，就能得到被测温度T，这就是利用热电偶测温的原理

实际测量中，温差电势远小于接触电势，可忽略不计，后续推导只计算接触电势！！！;4.热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使EAB(T0)=常数，则回路热电势EAB(T，T0)就只与温度T有关，而且是T的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。;EABC(T,T0)=EAB(T,T0);E;EAB（T,T0）=EAC（T,T0）-EBC（T,T0）;用途根据上述原理，可以在热电偶回路中接入