[工学]第8章 热电式传感器

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1、物理现象体积热膨胀电阻变化温差电现象导磁率变化电容变化压电效应超声波传播速度变化物质颜色P–N结电动势晶体管特性变化可控硅动作特性变化热、光辐射种类铂测温电阻、热敏电阻热电偶BaSrTiO3陶瓷石英晶体振动器超声波温度计示温涂料液晶半导体二极管晶体管半导体集成电路温度传感器可控硅辐射温度传感器光学高温计1.气体温度计2.玻璃制水银温度计3.玻璃制有机液体温度计4.双金属温度计5.液体压力温度计6.气体压力温度计1． 热铁氧体2．Fe-Ni-Cu合金接触式温度传感器的特点：由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。因此采用这种方式要

2、测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。第八章热电式传感器利用某些材料的物理特性与温度有关的特性，将温度变化转化为电量变化的器件称为热敏器件。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；PN结型温度传感器利用PN结的结电压随温度成近似线性变化热敏电阻式传感器金属热电偶传感器PN结型温度传感器非接触式温度测量第一节热敏

3、电阻温度传感器热电阻：金属热电阻（铂热阻、铜热阻等）半导体热敏电阻（PTC、NTC、CTR）几乎所有物质的电阻率都随其本身的温度而变化，这一物理现象称为热电阻效应。利用这一原理制成的温度敏感元件称为热敏电阻，一般采用导体和半导体材料式中：R0—元件在T0时的电阻；a—T0时的电阻温度系数；RT—温度为T时元件的电阻值。大多数金属导体的电阻，都具有随温度变化的特性。温度系数a表征电阻的阻值随温度变化的程度。金属的温度系数为正，即阻值随温度的升高而增加。单晶半导体的a也是正的，但随掺杂的增加而减小。陶瓷半导体（热敏电阻）的a为负，且非线性较大。一.金属热电阻原理：热电阻效应—大多数

4、金属导体的电阻都随温度而变化。电阻-温度特性方程：RT=R0[1+(T-T0)]为T0时的电阻温度系数。热电阻感温元件—纯金属材料，其性能要求：大则灵敏度高；物理化学性能稳定；恒定，以保证线性关系；大，体积尺寸小。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，性能稳定铂、铜为应用最广的热电阻材料其中铂热电阻的测量精确度是最高的铂容易提纯，其物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定。铂电阻的输出-输入特性接近线性，且测量精度高，所以它能用作工业测温元件和作为温度标准。按国际温标IPTS-68规定，在-259.34℃~630.73℃温域内，以铂电阻温度计作基

5、准器。铂电阻阻值与温度变化之间的关系可近似表示：在0～660℃温度范围内在-190～0℃温度范围内式中A——常数(3.983×10-3/℃)；B——常数(-5.86×10-7/℃2)；C——常数(-4.22×10-12/℃4)。铜在-50～150℃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可近似表示：式中A——4.28899×10-3/℃；B——-2.133×10-7/℃2；C——1.233×10-9/℃3。缺点是电阻率低，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。Rt=R0(1+At+Bt2+C

6、t3)当外界条件改变时，传感器的阻值RT会有相应的变化，这时电桥平衡破坏，桥路两端的电压Vs也随之而变，由于Vs能反映出桥臂电阻的微小变化，因此通过测量输出电压即可以检测外界条件的变化。金属热电阻测量与接口电路热敏电阻是用半导体材料制成的热敏器件，称为半导体热敏电阻。基本参数标称电阻R25，250C时的电阻值，由材料和几何尺寸决定材料常数B（单位K），由材料决定，B越大，灵敏度越高温度系数（%/0C),温度变化10C，阻值相对变化的大小，决定热敏电阻的灵敏度二.半导体热敏电阻按物理特性，可分为三类：(1).负温度系数热敏电阻(NTC)——温度测量，补偿元件(2).正温度系数热敏电组

7、(PTC)——温度控制，限流元件；(3).临界温度系数热敏电阻(CTR)电阻器的电阻值在某个温度值上电阻值急剧变化——温度开关元件。半导体热敏电阻特性曲线负温度系数热敏电阻是一种氧化物的复合烧结体，通常用它测量-100～+300℃范围内的温度，与热电阻相比，其特点是：(1).电阻温度系数大，灵敏度高，约为金属热电阻的10倍。(2).结构简单，体积小，可以测量点温度。(3).电阻率高，热惯性小，适宜动态测量。(4).易于维护和进行远距离控制。(5).制造简单，使用寿命长