热电阻传感器课件.ppt
4.6 热电阻传感器,热电式传感器是利用转换元件电磁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。热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。,9/24/2022,1,第四章 非电量的电测技术,4.6 热电阻传感器 热电式传感器是,热电阻分类,按材料分，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，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。按结构分，普通型热电阻、锴装热电阻、薄膜热电阻按用途分，工业用热电阻、精密标准电阻,9/24/2022,2,第四章 非电量的电测技术,热电阻分类按材料分，热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体,一、金属热电阻及其特性,热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。,1、铂电阻 铂易于提纯，在高温和氧化性介质中物理化学性质稳定，电阻率较大，能耐较高的温度；制成的铂电阻输出输入特性接近线性。铂电阻的电阻值与温度之间的关系：,A、B、C常数铂电阻制成的温度计，除作温度标准外，还广泛应用于高精度的工业测量。由于铂为贵金属，一般在测量精度要求不高和测温范围较小时，均采用铜电阻。,9/24/2022,3,第四章 非电量的电测技术,一、金属热电阻及其特性热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度,铂电阻的纯度,铂电阻的纯度以R100/R0表示，R100表示在标准大气压下水沸点时的铂的电阻值。国际温标规定，作为基准器的铂电阻，其R100/R0不得小于1.3925。我国工业用铂电阻分度号为BA1、BA2，其R100/R0=1.391。用途：钢铁、地质、石油、化工等生产工艺流程,各种食品加工、空调设备及冷冻库、恒温槽等的温度检测与控制中。,9/24/2022,4,第四章 非电量的电测技术,铂电阻的纯度铂电阻的纯度以R100/R0表示，R100表示,热电阻分度表,如何根据已知热电阻的电阻值，得出热电阻感应到的温度?分度表查询（由于热电阻的非线性）P356（Pt100）Rt315.20，对应的温度是？（Pt100）T605目前，我国常用的工业铂电阻有：分度号Pt46，R046.00；分度号Pt100，R0100.00；标准铂电阻或实验室用铂电阻的 为10.00或30.00。由于铂电阻具有精度高、稳定性好、性能可靠和复现性好等特点，国际温标规定，从-259.34630.74温域内以铂电阻温度计作为基准器制定其它温度标准。,9/24/2022,5,第四章 非电量的电测技术,热电阻分度表如何根据已知热电阻的电阻值，得出热电阻感应到的温,9/24/2022,6,第四章 非电量的电测技术,9/24/20226第四章 非电量的电测技术,2、铜电阻,铜在-50150范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出输入特性接近线性，价格低廉。铜电阻阻值与温度变化之间的关系：式中 A、B、C常量当温度高于100时易被氧化，因此适用于温度较低和没有浸蚀性的介质中工作。,9/24/2022,7,第四章 非电量的电测技术,2、铜电阻铜在-50150范围内铜电阻化学、物理性能稳定,P358（Cu50）Rt71.40，对应温度是？（Cu50）T100,9/24/2022,8,第四章 非电量的电测技术,P358（Cu50）9/24/20228第四章 非电量的电测,3、其他热电阻,镍使用温度范围是-50100和-50150 。但目前应用较少：镍非线性严重，材料提取也困难。但灵敏度都较高，稳定性好，在自动恒温和温度补偿方面的应用较多。（我国定为标准化热电阻）铟（yin）电阻适宜在-269-258温度范围内使用，测温精度高，灵敏度是铂电阻的10倍，但是复现性差。锰电阻适宜在-271-210温度范围内使用，灵敏度高，但是质脆易损坏。碳电阻适宜在-273-268.5温度范围内使用，热容量小，灵敏度高，价格低廉，操作简便，但是热稳定性较差。,9/24/2022,9,第四章 非电量的电测技术,3、其他热电阻镍使用温度范围是-50100和-5015,热电阻的结构比较简单，一般将电阻丝统在云母、石英、陶瓷、塑料等绝缘骨架上，经过固定，外面再加上保护套管。但骨架性能的好坏，影响其测量精度、体积大小和使用寿命。,下面是关于热电阻的结构、类型的简单了解,9/24/2022,10,第四章 非电量的电测技术,热电阻的结构比较简单，一般将电阻丝统在云母、石英、陶瓷、塑,感温元件结构,普通（装配式）铂电阻,9/24/2022,11,第四章 非电量的电测技术,感温元件结构 普通（装配式）铂电阻 9/24/202211第,铠装式铂电阻比装配式铂电阻直径小，易弯曲，抗震性好，适宜安装在装配式铂电阻无法安装的场合。铠装式铂电阻外保护套管采用不锈钢，内充满高密度氧化物绝缘体，因此，它具有很强的抗污染性能和优良的机械强度，适合安装在环境恶劣的场合。可直接用铜导线和二次仪表相连接使用。由于它具有良好的电输出特性，可为显示仪、记录仪、调节器、扫描器、数据记录仪以及计算机提供准确的温度变化信号。,铠装式铂电阻,9/24/2022,12,第四章 非电量的电测技术,铠装式铂电阻比装配式铂电阻直径小，易弯曲，抗震性好，适宜安装,薄膜铂热电阻元件，把金属铂研制成粉浆，采用先进的激光喷溅薄膜技术，及光刻法和干燥蚀刻法把铂附着在陶瓷基片上形成膜，引线经过激光调阻制成。铂金属的长期稳定性、可重复操作性、快速响应及较宽的工作温度范围等特性使其能够适合多种应用。,薄膜铂热电阻,陶瓷、玻璃、薄膜铂热电阻元件,9/24/2022,13,第四章 非电量的电测技术,薄膜铂热电阻元件，把金属铂研制成粉浆，采用先进的激光喷溅薄膜,二、测量电路,U0为指示电表，R1、R2、R3为固定电阻， RP为零位调节电阻(适应不同热电阻而设置)。热电阻都通过电阻分别为RL1RL2RL3的三根导线和电桥连接。若R3100，Rt为Pt100，R0100，则RP0。Rt为Pt46，R046，则RP54。,1、三线桥接法,9/24/2022,14,第四章 非电量的电测技术,二、测量电路U0为指示电表，R1、R2、R3为固定电阻， R,当温度变化时，引线的长度和电阻温度系数相同，它们的电阻变化就不会影响电桥的状态，即不会产生温度误差。三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。在实验室精密测量时，采用四线连接法。,9/24/2022,15,第四章 非电量的电测技术,当温度变化时，引线的长度和电阻温度系数相同，它们的电阻变化就,2、四线连接法,图所示为四线连接法，调零的RP电位器的接触电阻和指示电表串联， RN、Rt测量中都有接触电势。引线2和3在测量时没有电流，引线电阻无影响RN标准电阻Rt热电阻测量时，开关S2分别切换到RN、Rt上压降。Rt（Ut/UN）RN,9/24/2022,16,第四章 非电量的电测技术,2、四线连接法图所示为四线连接法，调零的RP电位器的接触电阻,例4-13在较窄温域内铂电阻与温度关系可视为线性Pt100的R0=100，=0.00394/。图4-88是铂电阻二线制接入桥路，已知R1=R2=1000，R3=100，引线电阻r=5，被测温度t=300。求二线制接法引起的测量误差。,解：t=300时，热电阻的阻值为：按图4-87a三线制接法，引线电阻不会引起误差，（RP=0）其输出电压为：,9/24/2022,17,第四章 非电量的电测技术,例4-13在较窄温域内铂电阻与温度关系可视为线性Pt100,图4-88 热电阻两线制接入桥路,按图4-88二线制接法，输出电压为： 因此引起的相对误差为：,由此可见，两线制接法引线电阻引起的误差是相当大的。使用时必须引起足够重视。,9/24/2022,18,第四章 非电量的电测技术,图4-88 热电阻两线制接入桥路按图4-88二线制接法，输,三、热电阻的应用,1、 热电阻温度计 通常工业上用于测温是采用铂电阻和铜电阻作为敏感元件，测量电路用得较多的是电桥电路。为了克服环境温度的影响常采用图所示的三导线四分之一电桥电路。由于采用这种电路，热电阻的两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中，如果，则由于环境温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵消。,9/24/2022,19,第四章 非电量的电测技术,三、热电阻的应用1、 热电阻温度计9/24/202219第四,2、热电阻式流量计,热电阻流量计的电原理图。两个铂电阻探头Rt1、Rt2，Rt1放在管道中央，它的散热情况受介质流速的影响。 Rt2放在温度与流体相同，但不受介质流速影响的小室中。当介质处于静止状态时，电桥处于平衡状态，流量计没有指示。当介质流动时，由于介质流动带走热量，温度的变化引起阻值变化，电桥失去平衡而有输出，电流计指示直接反映了流量的大小。,9/24/2022,20,第四章 非电量的电测技术,2、热电阻式流量计热电阻流量计的电原理图。两个铂电阻探头R,3、利用运放进行非线性校正的数字测温和控制仪,图4-91 非线性校正电路及其特性a）非线性校正电路,9/24/2022,21,第四章 非电量的电测技术,3、利用运放进行非线性校正的数字测温和控制仪图4-91 非,输出电压与温度t的关系曲线,9/24/2022,22,第四章 非电量的电测技术,输出电压与温度t的关系曲线9/24/202222第四章 非电,图4-92 利用运放进行非线性校正的数字测温/控制仪,9/24/2022,23,第四章 非电量的电测技术,图4-92 利用运放进行非线性校正的数字测温/控制仪9/2,思考题,热电阻式流量计,9/24/2022,24,第四章 非电量的电测技术,思考题热电阻式流量计 9/24/202224第四章 非电量的,
