热电偶传感器课件

铜丝的电阻值与温度之间的关系
在-50～150℃温度范围内，铜电阻与温度之间的关系为： Rt＝R0(1+At+Bt 2+Ct 3) Rt — 温度为t℃时的铜电阻值 R0 — 温度为0℃时的铜电阻值
A、B、C — 常数 A＝4.28899×10-3/℃ B＝-2.133×10-7/℃2 C＝1.233×10-9/℃3
半导体 热敏电阻 电 阻
铂热电阻
热敏电阻是用半导体材
料制成的热敏器件，与金属 热电阻比较而言，具有温度 系数高，灵敏度高，热惯性 好（适宜动态测量）但其稳 定性和互换性较差。
金属的电阻随温度的升高而
增大，但半导体却相反，它
温度
的电阻值随温度的升高而急
剧减小，并呈现非线性。
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
防水封装铂电阻
核心元件：德国进口精密铂电阻（PT100 PT1000） 元件精度：±0.15℃ (A级) ±0.30℃ (B级) 封装材料：镀镍铜管或不锈钢管 管料尺寸：ø 4 * 25mm 连接线：PVC包胶电缆线（可选择耐高温型的）
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
当热电阻安装 的地方比较远，则 其导线电阻当环境 温度变化时也要变 化，会造成测量误 差。
图中R1、R2、R3 为固定电阻，Rp为 调零电位器
其它热电阻
第七章 热电式传感器 哈尔滨工业大学
✓ 铁/镍热电阻：电阻温度系数比铂和铜高，电 阻率也较大，可做成体积小、灵敏度高的温 度计，但易氧化，不宜提纯且电阻与温度非 线性，仅用于-50~100℃；用的较少。
铂丝的电阻值与温度之间的关系
在-200～0℃范围内，Rt＝R0[1+At+Bt 2+C(t－100)t 3]

为了避免热电阻中流过电流时产生加热效应，在设计电桥时， 要使流过热电阻的电流血尽量小些，一般要求小于10mA。
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传感器原理设计与应用
二、半导体热敏电阻
各种金属氧化物、硫化物、硒化物或硅、锗。半导 体热敏电阻的精度和稳定性比金属热敏电阻差一些， 但它们大规模生产成本较低，并且能够提供集成的 接口电路，以便与其他元件一起集成。
SUS316
携带式表面热电偶
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传感器原理设计与应用
9.1 热电阻传感器
热阻效应：大部分材料的电阻或电阻率随温度变化而变化。
R l A
尺寸变量都是随温度变化的，但假定只有电阻率随温度的变 化是最显著的。
纯金属电阻随温度的升高而升高，称“正温度系数”
半导体的电阻随温度的升高而减小，称“负温度系数”。测温 范围为一200～500℃；随着科学技术的进步，热电阻的测温范 围已扩展到1—5K的超低温领域，同时，在1000一1200℃温度 范围内也有足够好的特性。
Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3) 其中：A= 4.28899 ×10-3 / ℃
B= --2.133 ×10-7 / ℃ 2 C=1.233 ×10-9 / ℃3 温度高于100 ℃易氧化，故用于低温测量。
3、其他热电阻：近年发展了一些超低温测量电阻。 铟电阻：--269--258 ℃ 此段灵敏度比铂高10倍； 锰电阻：--271--210 ℃ 灵敏度高，但易脆； 碳电阻：--273--268。5 ℃ 灵敏度高，热容小，低廉， 操作方便，但热稳定性差。
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传感器原理设计与应用
一、金属热敏电阻：
1、原理： 电阻率的温度系数定义

④ 导体材料确定后，热电动势的大小只与热电偶两端 的温度有关。如果使eAB（T0）=常数，则回路热电动势 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基本原理。
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⑤ 对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，若各 接点温度分别为T1、T2……TN ，闭合回路总的热电 动势为：
② 只有用不同性质的材料才能组合成热电偶，相同材 料不会产生热电动势。
因为当A、B两种导体是同一种材料时， ln（nA/nB）=0，所以EAB（T，T0）=0。
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③ 只有当热电偶两端温度不同时，不同材料组成的热 电偶才能有热电动势产生；当热电偶两端温度相同时， 不同材料组成的热电偶也不产生热电动势，即EAB（T， T0）=0。
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热电势 EAB( T,T0 )
接触电势 温差电势
（1 ）接触电动势
若金属A的自由电子浓度大于金属B的，则在同 一瞬间由A扩散到B的电子将比由B扩散到A的电子多， 因而A对于B因失去电子而带正电，B获得电子而带 负电，在接触处便产生电场。A、B之间便产生了一 定的接触电动势。
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接触电动势的大小与两种金属的材料、接点的温度有关， 与导体的直径、长度及几何形状无关。
ln
nA nB

k (T
T0 ) ln
nA nB
上式说明接触电动势的大小与接点温度的高低及导体 的性质有关。如果两接触点的温度相同，尽管两接触 点处都存在接触电势，但回路中总接触电势等于零。
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（2）温差电动势 对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两端
的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具有 较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因此 高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去电 子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成温差电 动势，又称汤姆森电动势。

度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。
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三.热电阻传感器
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484 。
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三.热电阻传感器
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。
时，热敏电阻所消耗的功率不得超过额定功率
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热敏电阻外形
MF12型 NTC热敏电
阻
聚脂塑料封装 热敏电阻
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其他形式的热敏电阻
玻璃封装 NTC热敏电
阻
MF58 型热敏电阻
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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
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其他形式的热敏电阻（续）
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三.热电阻传感器
其他热电阻
① 镍使用温度范围是-50～100℃和-50～150 ℃。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）
② 铟电阻适宜在-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。
t0 , t ——介质的起始温度和变化温度（℃）； B ——热敏电阻材料常数，一般为2000～6000K，
其大小取决于热敏电阻的材料。
BlnRRT0 T1T10
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热敏电阻的电阻温度系数
热敏电阻在其本身温度变化1℃时，电阻值的相对变化量