热电传感器课件.ppt

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1、第八章热电式传感器第一节概述温度是用来定量地描述物体冷热程度的物理量，在热力学里已经学过，温度概念的建立是以热平衡为基础的。当两个物体处于同一热平衡状态，就具有某一共同的物理性质，表征这个物理性质的量就是温度。对于如何测量温度，人类是一直在探索的，人体本身就可以做一种测温仪，但很不精确，人体是可以感觉到物体的冷热，但难以精确地判定多少度，而且量程也比较小，因而超过了有限的温度范围以后，无论是冷还是热，人体能感觉到的都是疼，也分不出冷热了，所以要借助于仪器来测量。大约在1592年底，伽里略发明了第一个

2、用来测量温度的仪器：实际上就是一根玻璃管里放了水，有点象今天使用的气压温度计，而温度计这个名词，一直到1624年才第一次正式在文献里出现。1654年意大利的公爵费迪南德二世温度计他对伽里略的温度计作了些改进，在玻璃管中放的是酒精，并且将其密封起来了，做成了一个真正不受气压影响的温度计。随后又经过许多科学家如开尔文、牛顿等一大批人的努力，建立了各种温标（绝对温标、摄氏温标、华氏温标），发明了各种测温原理，温度的测量在科研、生产的各个领域里都有十分重要的意义。接触式测温：基于热平衡原理，即测温敏感元件必

3、须与被测介质接触，使两者处于同一热平衡状态，具有同一温度，如水银温度计、热电偶温度计、电阻温度计。非接触式测温：利用物质的热辐射原理，而测温元件不需与被测介质接触，如辐射温度计，红外热象仪等。本课程主要介绍接触式测温方法中所使用的传感器。温度测量方法可分为：接触式：基于热平衡原理非接触式：利用物质的热辐射原理热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。通常热电式传感器将温度量转换为电势和电阻较为普通。常用热电式传感器的敏感元件是：热电偶：将温度转换为电势之变化热电阻：将温度转换为电阻阻值之变化

4、第二节电阻温度计电阻温度计的工作原理是基于导体或半导体的电阻值随温度变化的性质，构成电阻温度计的测温敏感元件有金属测温与半导体热敏电阻。一、金属测温电阻有时也称金属丝热电阻，在物理学中学过，一般金属导体具有正的电阻温度系数（电阻率随温度的上升而增加），在一定的温度变化范围内，电阻和温度之间的函数关系为：（将非电量转化为电量）R、R0分别表示温度为t和t0时的电阻值。α为材料的电阻温度系数，对于大多数金属来说,α=(4-6)×10-3/0C，实际上，在不同的温度范围内，电阻温度系数α是不同的，我们总希

5、望在测量温度的范围内α是一个常数，所以一定材料制成的热电阻都有一定的测温范围。作为热电阻材料的金属应具备以下性质：（1）电阻温度系数α要大，这样可以增加灵敏度；（2）在测量范围内，材料的物理、化学性质稳定，不随时间变化，不受腐蚀氧化；（3）电阻率ρ要大，由，对同样的R，ρ大则可以减少元件的体积，也就可以减小质量m，热惯性就小，可提高温度计的动态响应；（4）电阻温度关系近似线性，便于数据处理；（5）材料要容易制作，价格便宜。常用材料有：铂、铜、铁、镍等。热电阻的制作是用上述金属的细丝绕在云母、石英或陶

6、瓷等绝缘支架上。薄膜型及普通型铂热电阻小型铂热电阻防爆型铂热电阻汽车用水温传感器及水温表铜热电阻二、半导体热敏电阻热敏电阻是由金属氧化物（NiO,MnO2,CuO,TiO2）的粉末按一定比例混合烧结而成的半导体，其电阻值随温度上升而下降，具有负温度系数，电阻温度关系可以用经验公式表示为：（此式中电阻温度系数不明显）式中T是绝对温度K，A是欧姆，B是常数，单位是K，由电阻温度系数的定义有：（单位温度变化所引起的电阻的相对变化）由由此可知，半导体热敏电阻的电阻温度系数α不是常数，而和绝对温度的平方成反比

7、，实际上可解此方程组而获得B。当T=T0时有电阻R0当T=T时有电阻R将A代入（2）中，只要知道常数B以及T0温度时的电阻值R0，就可知道电阻值R与温度T的关系。式中常数B可通过实验获得，即只要测定温度分别为T1和T0时半导体的热敏电阻的阻值R1和R0，代入上式两边取对数（自然）B的范围一般为1500-50000K。与金属丝热电阻相比，半导体热敏电阻有以下优点：1）电阻温度系数的绝对值较热电阻大一个数量级，即灵敏度高，可测到0.001-0.00050C的微小温度变化；2）电阻率大，可以制成体积小，热

8、惯性小，响应速度快的感温元件，时间常数可以小到毫秒级。缺点是：电阻温度特性分散性大，即同样形状，同样材料的电阻性能可能不一致，稳定性差，非线性较严重，要限制使用范围。热敏电阻的外形、结构及符号a）圆片型热敏电阻b）柱型热敏电阻c）珠型热敏电阻d）铠装型e）厚膜型f）图形符号1—热敏电阻2—玻璃外壳3—引出线4—紫铜外壳5—传热安装孔热敏电阻外形MF12型NTC热敏电阻聚脂塑料封装热敏电阻玻璃封装NTC热敏电阻其他形式的热敏电阻带安装孔的热敏电阻大功率PTC热敏电阻贴片