§4.2電阻式溫度傳感器

1、溫度是表征物體或系統(tǒng)的冷熱程度的物理量。溫度單位是國際單位制中七個基本單位之一。2、溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)則運動的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運動越劇烈。3、溫標(biāo)是衡量物體溫度的標(biāo)準(zhǔn)尺度，是溫度的數(shù)值表示方法，是規(guī)定溫度的讀數(shù)起點（零點）和測量的基本單位。溫標(biāo)的種類很多，目前國際上常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實用溫標(biāo)。

§4.2電阻式溫度傳感器§4.2電阻式溫度傳感器

（1）攝氏溫標(biāo)是根據(jù)液體（水銀）受熱后體積膨脹的性質(zhì)建立起來的。攝氏溫標(biāo)規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰融點為0℃，水沸點為100℃，在0℃～100℃之間分一百等份，每一等份定義為1攝氏度。單位符號為℃，變量符號記作t。攝氏溫標(biāo)§4.2電阻式溫度傳感器

（2）華氏溫標(biāo)也是根據(jù)液體（水銀）受熱后體積膨脹的性質(zhì)建立起來的。華氏溫標(biāo)規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰融點為32℃，水沸點為212℃，中間180等份，每一等份定義為1華氏度。單位符號為°F，變量符號記作tF。

華氏溫標(biāo)§4.2電阻式溫度傳感器

（3）熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開氏溫標(biāo)；是以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)的理論溫標(biāo)，與物體任何物理性質(zhì)無關(guān)，是國際統(tǒng)一的基本溫標(biāo)。單位符號為K，變量符號記作T。熱力學(xué)溫標(biāo)有一個絕對零度，它規(guī)定分子運動停止時的溫度為絕對零度，因此它又稱為絕對溫標(biāo)。溫標(biāo)單位大小定義為水三相點（固、液、氣三相并存）的熱力學(xué)溫度的1/273.16。熱力學(xué)溫標(biāo)4、溫度檢測的主要方法§4.2電阻式溫度傳感器

（1）利用物質(zhì)熱膨脹與溫度關(guān)系測溫用以測溫的選擇物體可以是固體、氣體或液體，其受熱后體積膨脹，在一定溫度范圍內(nèi)體積變化與溫度變化呈連續(xù)、單值的關(guān)系，且復(fù)現(xiàn)性好。如雙金屬溫度計、壓力式溫度計和玻璃液體溫度計?！?.2電阻式溫度傳感器

（2）利用熱效應(yīng)測溫兩種不同的導(dǎo)體兩端短接形成閉合回路，當(dāng)兩接點處于不同溫度時，回路中出現(xiàn)熱電勢。利用這一原理制成生產(chǎn)中廣泛使用的熱電偶溫度計。（3）利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻與溫度關(guān)系測溫對于鉑、銅等金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體熱敏電阻，其阻值隨溫度變化發(fā)生相應(yīng)變化，根據(jù)R-t關(guān)系測量溫度。如鉑電阻溫度計。溫度檢測的主要方法

§4.2電阻式溫度傳感器

（4）利用熱輻射原理測溫物體輻射能隨溫度而變化，利用這一性質(zhì)制成選擇物質(zhì)不與被測物質(zhì)相接觸而測溫的輻射式溫度計。如單色輻射高溫計、光學(xué)高溫計和比色高溫計等。溫度檢測的主要方法

§4.2電阻式溫度傳感器

5、在溫度檢測系統(tǒng)中，感受溫度變化的元件稱為感溫元件；

6、將溫度轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電阻等）輸出的儀表稱為溫度傳感器。習(xí)慣上，按測溫范圍不同，將600℃以上的測溫儀表稱為高溫計；把測量600℃以下的測溫儀表稱為溫度計?！?.2電阻式溫度傳感器

7、根據(jù)感溫元件與被測物質(zhì)是否接觸，將溫度檢測儀表分為接觸式和非接觸式兩大類。熱平衡：溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。（1）接觸式測溫溫度敏感元件與被測對象相接觸，使其進(jìn)行充分的熱交換，當(dāng)熱交換平衡時，溫度敏感元件與被測對象的溫度相等。

§4.2電阻式溫度傳感器

測溫傳感器的輸出大小即反映了被測溫度的高低。

1）常用的接觸式測溫儀表有將溫度轉(zhuǎn)化為非電量的熱膨脹式；將溫度轉(zhuǎn)化為電量的熱電偶、熱電阻和熱敏電阻等。

2）接觸式測溫傳感器的優(yōu)點：是結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、測量精度高、穩(wěn)定性好、價格低；接觸式測溫§4.2電阻式溫度傳感器

3）缺點：①由于敏感元件必須與被測對象接觸，在接觸過程中就可能破壞被測對象的溫度場分布，從而造成測量誤差②有的測溫元件不能和被測對象充分接觸，不能達(dá)到充分的熱平衡，使測溫元件和被測對象溫度不一致，也會帶來誤差。③在接觸過程中，介質(zhì)腐蝕性，高溫對測溫元件的影響，影響測溫元件的可靠性和工作壽命。接觸式測溫§4.2電阻式溫度傳感器

（2）非接觸測溫溫度敏感元件不與被測對象接觸，而是通過輻射能量進(jìn)行熱交換，由輻射能的大小來推算被測物體的溫度。被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物體的溫度，可進(jìn)行遙測。非接觸測溫§4.2電阻式溫度傳感器

1）常用的非接觸式測溫儀表：

(1)輻射式溫度計：基于普朗克定理光電高溫計，輻射溫度計，比色溫度計。

(2)光纖式溫度計：光纖的溫度特性、傳光介質(zhì)。光纖溫度傳感器，光纖輻射溫度計。

非接觸測溫§4.2電阻式溫度傳感器

2）優(yōu)點：不從被測物體上吸收熱量；不會干擾被測對象的溫度；連續(xù)測量不會產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。3）缺點：精度一般不高。非接觸測溫§4.2電阻式溫度傳感器

8、溫度傳感器的主要發(fā)展方向1）超高溫與超低溫傳感器，如+3000℃以上和–250℃以下的溫度傳感器。2）提高溫度傳感器的精度和可靠性。3）研制家用電器、汽車及農(nóng)畜業(yè)所需要的價廉的溫度傳感器。

主要發(fā)展方向§4.2電阻式溫度傳感器

4）發(fā)展新型產(chǎn)品，擴(kuò)展和完善管纜熱電偶與熱敏電阻；發(fā)展薄膜熱電偶；研究節(jié)省鎳材和貴金屬以及厚膜鉑的熱電阻；研制系列晶體管測溫元件、快速高靈敏CA型熱電偶以及各類非接觸式溫度傳感器。5）發(fā)展適應(yīng)特殊測溫要求的溫度傳感器。6）發(fā)展數(shù)字化、集成化和自動化的溫度傳感器。

主要發(fā)展方向§4.2電阻式溫度傳感器

一、熱電阻效應(yīng)1、熱電阻效應(yīng)導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度的變化而變化的現(xiàn)象。

熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的變化而變化的原理制成的，實現(xiàn)了將溫度的變化轉(zhuǎn)化為元件電阻的變化。電阻式溫度傳感器§4.2電阻式溫度傳感器

2、熱電阻分類：

1）熱電阻：感溫元件制成的金屬熱電阻：絕大多數(shù)金屬具有正的電阻溫度系數(shù)，溫度越高，電阻越大，簡稱熱電阻。

2）熱敏電阻：半導(dǎo)體材料制成的感溫元件：利用某種半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成，簡稱熱敏電阻。熱電阻效應(yīng)§4.2電阻式溫度傳感器

3）測溫范圍低溫：1～5K；高溫：1000～1300℃。熱電阻效應(yīng)§4.2電阻式溫度傳感器

二、測溫?zé)犭娮璨牧媳仨殱M足：1）電阻溫度系數(shù)大（電阻系數(shù)：溫度變化10C時電阻值的相對變化量）；2）在測溫范圍內(nèi)物理及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；3）有較大的電阻率（電阻體積小）；4）線性度好；5）復(fù)現(xiàn)性好；6）價格便宜；電阻式溫度傳感器§4.2電阻式溫度傳感器

熱電阻測溫的優(yōu)點：信號靈敏度高、易于連續(xù)測量、可以遠(yuǎn)傳、無需參比溫度；金屬熱電阻穩(wěn)定性高、互換性好、準(zhǔn)確度高，可以用作基準(zhǔn)儀表。熱電阻測溫的缺點：需要電源激勵、有（會影響測量精度）自熱現(xiàn)象以及測量溫度不能太高。電阻式溫度傳感器§4.2電阻式溫度傳感器

結(jié)構(gòu)：熱電阻主要由電阻體、絕緣套管和接線盒等組成。電阻體由電阻絲、引出線、骨架等組成。

三、熱電阻的結(jié)構(gòu)§4.2電阻式溫度傳感器

電阻式溫度傳感器結(jié)構(gòu)§4.2電阻式溫度傳感器

1、電阻溫度系數(shù)

電阻溫度系數(shù)（temperaturecoefficientofresistance簡稱TCR）表示電阻當(dāng)溫度改變1度時，電阻值的相對變化，單位為ppm/℃（即10E（-6）/℃）。定義式如下：TCR=dR/R.dT

實際應(yīng)用時，通常采用平均電阻溫度系數(shù)，定義式如下：

TCR（平均）=(R2-R1)/R1（T2-T1）電阻式溫度傳感器§4.2電阻式溫度傳感器

2、在各類工業(yè)測溫的場合中，熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度傳感器:

鉑熱電阻的測溫的范圍：一般為零下200-800攝氏度。銅熱電阻的測溫的范圍：一般為零下40到140攝氏度。其中的鉑熱電阻以其精度高、性能穩(wěn)定、互換性好、耐腐蝕及使用方便等優(yōu)點，成為工業(yè)測控系統(tǒng)中廣泛使用的一種溫度傳感器。

電阻式溫度傳感器§4.2電阻式溫度傳感器

1、特點：穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、性能可靠。2、原因：鉑在氧化氣體、甚至高溫下物理、化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定,鉑電阻的輸出—

輸入特性接近線性，且測量精度高，所以它能用作工業(yè)測溫元件和作為溫度標(biāo)準(zhǔn)。按國際溫標(biāo)IPTS-68規(guī)定，在-259.34℃~630.73℃溫域內(nèi)，以鉑電阻溫度計作基準(zhǔn)器。四、鉑熱電阻§4.2電阻式溫度傳感器

3、測溫范圍：-200~850攝氏度。4、應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于工業(yè)和實驗室中，標(biāo)準(zhǔn)溫度計，高精度工業(yè)測溫，高低溫測試。注意：鉑在還原性氣體尤其在高溫還原性氣體中，容易被污染，導(dǎo)致鉑絲變脆，并改變電阻與溫度間的關(guān)系。因此必須用保護(hù)套管把電阻體與有害氣體隔離。

四、鉑熱電阻§4.2電阻式溫度傳感器

5、構(gòu)成：金屬鉑絲(0.02-0.07mm)繞制成線圈。

特點：(1)在高溫和氧化介質(zhì)中性能極為穩(wěn)定，易于提純，工藝性好。不能用于還原介質(zhì)；

(2)輸入輸出特性接近線性；

(3)測量精度高：<0℃:±1℃、0-100℃:±0.5℃、100-650℃:±0.5%；(4)貴重金屬，成本較高。四、鉑熱電阻§4.2電阻式溫度傳感器

1、構(gòu)成：金屬銅絲(0.02-0.07mm)繞制成線圈。2、特點：(1)在-50-150℃范圍內(nèi)性能穩(wěn)定，線性好；(2)成本低；(3)電阻率低（為鉑電阻的1/6），體積較大(Cu50,Cu100)；(4)高溫易被氧化，易被腐蝕；(5)測量精度低于鉑電阻：

-50-50℃:±0.5℃、50-150℃:±1%五、銅熱電阻§4.2電阻式溫度傳感器

3、應(yīng)用：

小范圍，較低溫度，測量精度要求低，沒有浸蝕性介質(zhì)；銅熱電阻在測量范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的。五、銅熱電阻§4.2電阻式溫度傳感器

1、材料：半導(dǎo)體---半導(dǎo)體熱電阻金屬氧化物，采用不同比例的配方，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。2、結(jié)構(gòu)：珠狀、片狀、桿狀、墊圈（電子體溫計）。六、熱敏電阻§4.2電阻式溫度傳感器

3、特點：（1）溫度系數(shù)大→靈敏度高（是熱電阻10-100倍）；（2）結(jié)構(gòu)簡單，體積小→可以測量點溫度；（3）電阻率高、熱慣性小→適于動態(tài)測溫；（4）易于維護(hù)、使用壽命長→適于現(xiàn)場測溫；（5）互換性差，非線性嚴(yán)重，精度低；（6）成本低，應(yīng)用廣泛。六、熱敏電阻§4.2電阻式溫度傳感器

4、熱敏電阻器是敏感元件的一類，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。

六、熱敏電阻§4.2電阻式溫度傳感器

5、根據(jù)電阻溫度特性分類（1）正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）電阻溫度系數(shù)隨溫度升高而增大，主要用于過熱保護(hù)；主要材料是摻雜的半導(dǎo)體陶瓷。（2）負(fù)溫度系數(shù)緩變型熱敏電阻器（NTC）電阻溫度系數(shù)隨溫度升高而下降，用于測溫、補(bǔ)償；主要材料是金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷。六、熱敏電阻§4.2電阻式溫度傳感器

（3）臨界溫度系數(shù)熱敏電阻器（CTR)

在某特定溫度上電阻值發(fā)生急劇變化，用于溫度開關(guān)；主要材料是VO2并添加一些金屬氧化物。

六、熱敏電阻§4.2電阻式溫度傳感器

6、溫度特性：大多數(shù)：負(fù)溫度系數(shù)。熱敏電阻在不同值時的電阻－溫度特性，溫度越高，阻值越小，且有明顯的非線性。NTC熱敏電阻具有很高的負(fù)電阻溫度系數(shù)，特別適用于：－100～＋300℃之間測溫。NTC以MF為其型號。六、熱敏電阻§4.2電阻式溫度傳感器

PTC熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大，且有斜率最大的區(qū)域，當(dāng)溫度超過某一數(shù)值時，其電阻值朝正的方向快速變化。其用途主要是彩電消磁、各種電器設(shè)備的過熱保護(hù)等。PTC以MZ為其型號。

CTR也具有負(fù)溫度系數(shù)，但在某個溫度范圍內(nèi)電阻值急劇下降，曲線斜率在此區(qū)段特別陡，靈敏度極高。主要用作溫度開關(guān)。六、熱敏電阻§4.2電阻式溫度傳感器

7、熱敏電阻的應(yīng)用

1）、熱敏電阻測溫；

2）、熱敏電阻用于溫度補(bǔ)償；

3）、熱敏電阻用于溫度控制。六、熱敏電阻§4.2電阻式溫度傳感器

用熱電阻傳感器進(jìn)行測溫時，測量電路經(jīng)常采用電橋電路。熱電阻與檢測儀表相隔一段距離，因此熱電阻的引線對測量結(jié)果有較大的影響。熱電阻內(nèi)部引線方式有二線制、三線制和四線制三種。七、熱電阻測量橋路§4.2電阻式溫度傳感器

不采用兩線制連接，因為各種電阻在常溫下電阻值小，而生產(chǎn)現(xiàn)場的熱電阻與控制室的只是儀表中間的引線很長，引線電阻的阻值便會啊就會給測量結(jié)果造成較大的誤差。七、熱電阻測量橋路§4.2電阻式溫度傳感器

1、三線制單臂電橋電路要求引出的三根導(dǎo)線截面積和長度均相同，測量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋，鉑電阻作為電橋的一個橋臂電阻，將導(dǎo)線一根接到電橋的檢流計端，其余兩根分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上。七、熱電阻測量橋路§4.2電阻式溫度傳感器

注意:前提1)必須為等臂電橋2)并且在電橋平衡狀態(tài)下公式成立。否則不可能完全消除導(dǎo)線電阻的影響，但盡管如此，采用三線制仍可大大減小導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差，工業(yè)上一般都采用三線制接法。七、熱電阻測量橋路§4.2電阻式溫度傳感器

1、熱電阻溫度傳感器熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值歲溫度變化而變化的原理進(jìn)行測溫的一種傳感器溫度計。它分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩大類。熱電阻廣泛用于測量-200~+850°C范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測至1K，高溫達(dá)1000°C。

用途：（1）溫度測量；（2）溫度補(bǔ)償；八、電阻式溫度傳感器§4.2電阻式溫度傳感器

（3）溫度控制：用熱敏電阻與一個電阻相串聯(lián)，并加上恒定的電壓，當(dāng)周圍介質(zhì)溫度升到某一數(shù)值時，電路中的電流可以由十分之幾毫安突變?yōu)閹资涟?。因此可以用繼電器的繞阻代替不隨溫度變化的電阻。當(dāng)溫度升高到一定值時，繼電器動作，繼電器的動作反應(yīng)溫度的大小，所以熱敏電阻可用作溫度控制；（4）過熱保護(hù)。八、電阻式溫度傳感器§4.2電阻式溫度傳感器

2、熱敏電阻溫度傳感器彩色電視機(jī)自動消磁電路圖彩色顯像管內(nèi)外的許多鐵制部件在使用過程中往往會被磁化而產(chǎn)生雜散磁場,這些磁場會影響電子束的正常偏轉(zhuǎn),導(dǎo)致色純度和會聚遭到破壞,直接損害了圖像的質(zhì)量。因此,現(xiàn)代彩色電視機(jī)都加有自動消磁電路。

彩色電視機(jī)自動消磁電路圖的應(yīng)用八、電阻式溫度傳感器§4.2電阻式溫度傳感器

自動消磁電路的作用是每次開機(jī)時均自動對顯像管及周圍部件進(jìn)行消磁。一種消磁電路,由消磁線圈L串一正溫度系數(shù)的熱敏電阻RH組成,接在電源整流橋堆前面。消磁線圈安裝在顯像管錐體部分的安全防爆。彩色電視機(jī)自動消磁電路圖的應(yīng)用八、電阻式溫度傳感器§4.2電阻式溫度傳感器

彩色顯像管內(nèi)外的許多鐵制部件在使用過程中往往會被磁化而產(chǎn)生雜散磁場,這些磁場會影響電子束的正常偏轉(zhuǎn),導(dǎo)致