2.7.2熱電阻熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測溫的。人們也常常把這種導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的現(xiàn)象稱為熱阻效應(yīng)。熱電阻傳感器分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類，通常把金屬熱電阻稱為熱電阻，而把半導(dǎo)體熱電阻稱為熱敏電阻。（1）熱電阻事實(shí)上各種金屬材料的阻值都會隨溫度的變化而變化，但要利用它作為測量用的熱電阻必須具體以下要求：電阻溫度系數(shù)要盡可能大和穩(wěn)定，電阻率高，線性度好，并且能在較寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能。目前應(yīng)用較多的熱電阻材料主要有鉑、銅、鎳、鐵等。目前熱電阻廣泛用來測量范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測至，高溫達(dá)。熱電阻傳感器通常由熱電阻、連接導(dǎo)線及顯示儀表構(gòu)成，如圖3.47所示。熱電阻也可以與溫度變送器連接，將溫度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出。下頁返回?zé)犭娮枋絺鞲衅髟?）鉑電阻鉑電阻物理、化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，并具有良好的工藝性能，易于提純，可以做成非常細(xì)的鉑絲或極薄的鉑箔，缺點(diǎn)就是電阻溫度系數(shù)較小，同時價格較昂貴。鉑熱電阻中的鉑絲純度用電阻比來表示，它是鉑熱電阻在時的阻值與時的阻值之比。按IEC標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)用鉑熱電阻的。鉑熱電阻除用作一般的工業(yè)測溫外，在國際溫標(biāo)IPTS-68中還被用來作為在溫度范圍內(nèi)的溫度基準(zhǔn)器。下頁上頁返回?zé)犭娮枋絺鞲衅髟?/p>

鉑電阻與溫度的關(guān)系，可用下面的公式表示在以內(nèi)（3.67）在以內(nèi)（3.68）式中—溫度為時的電阻值；

—溫度為時的電阻值；

—任意溫度（）；、、—常數(shù)；鉑的時，，，；鉑的時，，，；下頁上頁返回?zé)犭娮枋絺鞲衅髟?/p>

從式（3.67）和式（3.68）可以看出，熱電阻在溫度時的電阻值與有關(guān)，目前我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有和兩種，對應(yīng)的分度號分別為Pt10和Pt100，其中又以Pt100為常用。在實(shí)際測量時，只要測得熱電阻的阻值，便可根據(jù)分度表查得對應(yīng)的溫度值。列出Pt100的分度表，如表3.3所示。

2）銅電阻由于鉑是貴重金屬，故在一些測量精度要求不高，測溫范圍不大的情況下，可以采用銅電阻來代替鉑電阻，從而降低成本，同時也能達(dá)到精度要求。在的溫度范圍內(nèi)，銅電阻阻值與溫度關(guān)系幾乎是線性的，可用下式近似表示（3.69）式中—溫度為時的電阻值；

—溫度為時的電阻值；下頁上頁返回?zé)犭娮枋絺鞲衅髟?/p>

—銅熱電阻的電阻溫度系數(shù)，。銅電阻的缺點(diǎn)是電阻率較低，電阻體積較大，熱慣性也大，而且易于氧化，不適合在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。目前工業(yè)上使用的標(biāo)準(zhǔn)銅熱電阻有分度號為G（）、Cu50（）和Cu100（）三種。這里給出G分度表，以供工程技術(shù)人員在使用時查閱，如表3.4所示。

3）其他熱電阻表2.3WZB型銅熱電阻G分度表溫度系數(shù)：

下頁上頁返回溫度（0C）0102030405060708090電阻（Ω）-5041.74053.0050.7548.5046.2443.99-053.0055.2557.5059.7562.0164.2666.5268.7771.0273.27-175.5277.7880.0382.2884.5486.79熱電阻式傳感器原理下頁上頁返回表2.3鉑電阻分度表分度號：Pt100

溫度/℃0102030405060708090電阻/Ω-200-1000010020030040050060070080018.4960.25100.00100.00138.50175.84212.02247.04280.90313.59345.13375.5156.1996.09103.90142.29179.51215.57250.48284.22316.80348.22378.4852.1192.16107.79146.06183.17219.12253.90287.53319.99351.30381.4548.0088.22111.67149.82186.82222.65.257.32290.83323.18354.37384.4043.8784.27115.54153.58190.45226.17260.72294.11326.35357.37387.3439.7180.31119.40157.31194.07229.67264.11297.39329.51360.47390.2635.5376.33123.24161.04197.69233.17267.49300.65332.66363.5031.3272.33127.07164.76201.29236.65270.86303.91335.79366.5227.0868.33130.89168.46204.88240.13274.22307.15338.92369.5322.8064.30134.70172.16208.45243.59277.56310.38342.03372.52熱電阻式傳感器原理

鐵和鎳這兩種金屬的電阻溫度系數(shù)較高，電阻率較大，因此可制成體積小、靈敏度高的電阻溫度計(jì)，但由于有易氧化、化學(xué)穩(wěn)定性差、不易提純和非線性等嚴(yán)重缺點(diǎn)，目前應(yīng)用較少。由于鉑熱電阻和銅熱電阻對于低溫和超低溫的測量性能不理想，故在近年來一些新穎的熱電阻如銦電阻、錳電阻、碳電阻等逐步成為測量低溫和超低溫的理想熱電阻。

4）熱電阻的測量電路用熱電阻傳感器進(jìn)行測溫時，測量電路一般采用電橋電路。但是熱電阻與檢測儀表相隔距離一般較遠(yuǎn)，因此熱電阻的引線對測量結(jié)果有很大的影響。熱電阻測溫電橋的引線方式通常有兩線制、三線制和四線制三種。如圖所示。兩線制中引線電阻對測量結(jié)果影響較大，一般用于測溫精度不高的場合；三線制可以減小熱電阻與測量儀表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測量誤差；四線制可以完全消除引線電阻對測量的影響，常用于高精度溫度檢測。下頁上頁返回?zé)犭娮枋絺鞲衅髟?/p>

下頁上頁返回?zé)犭娮枋絺鞲衅髟?-熱電阻感溫元件；2、4-引線；3－接線盒；5－顯示儀表；圖三線制接法熱電阻的接法熱電阻式傳感器原理三線制與兩線制的對比熱電阻式傳感器原理

保護(hù)套管接線盒

連接法蘭普通熱電阻熱電阻結(jié)構(gòu)熱電阻式傳感器原理半導(dǎo)體熱敏電阻溫度特性熱敏電阻可分為兩類，隨溫度上升電阻增加的為正溫度系數(shù)熱敏電阻，反之為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。

熱電阻式傳感器原理3.7.2熱敏電阻式傳感器熱敏電阻是由金屬氧化物（NiO、MnO2、CuO、TiO2等）的粉末按照一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體。

1）熱敏電阻的溫度特性按半導(dǎo)體電阻-溫度特性，熱敏電阻典型可分為三類：即負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC），正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR）。它們的溫度特性曲線如圖所示。下頁上頁返回?zé)犭娮枋絺鞲衅髟?/p>

從圖3.49可以看出，CTR型在一定溫度范圍內(nèi)，阻值隨溫度的變化劇烈變化，故可作為理想的開關(guān)器件。在溫度測量中，則主要采用NTC或PTC型熱敏電阻，而使用最多的又是NTC型熱敏電阻。因此這里我們就只對這種熱敏電阻進(jìn)行介紹。下頁上頁返回?zé)犭娮枋絺鞲衅髟?/p>

根據(jù)半導(dǎo)體理論，在不太寬的溫度范圍內(nèi)（），NTC型熱敏電阻在溫度時的阻值可表示為（2-24）式中—溫度時的電阻值；

—材料常數(shù)，一般情況下，在高溫時，值要增大。由上式可求得熱敏電阻的溫度系數(shù)（2-26）可見，隨溫度降低而迅速增大，決定了NTC熱敏電阻在全部工作范圍內(nèi)的溫度靈敏度。跟熱電阻相比較，NTC型熱敏電阻具有下下頁上頁返回?zé)犭娮枋絺鞲衅髟砹袃?yōu)點(diǎn)：靈敏度高，可用來測量微弱溫度變化；體積小，元件可制成片狀，柱狀，直徑可到0.5mm，故熱慣性小，響應(yīng)快，時間常數(shù)可小到毫秒級；元件本身的電阻值可達(dá)，故測量時引線電阻的影響相當(dāng)小，可以不考慮。但是，熱敏電阻的缺點(diǎn)是非線性大，在實(shí)際使用時要進(jìn)行線性化處理；同時它對環(huán)境溫度敏感，測量時易受到干擾。

2）熱敏電阻的結(jié)構(gòu)熱敏電阻主要由熱敏元件、引線、殼體組成，其結(jié)構(gòu)及符號如圖所示。根據(jù)不同的使用情況，可封裝成不同的形狀，常見的形狀主要有珠型、圓片型、方片型、棒型、薄膜型。如圖所示。下頁上頁返回?zé)犭娮枋絺鞲衅髟?/p>

下頁上頁返回?zé)犭娮枋絺鞲衅髟?）熱敏電阻的測量電路用熱敏電阻進(jìn)行測溫時，測量電路一般采用電橋電路。由于引線電阻對熱敏電阻的測量影響極小，一般不考慮引線電阻的補(bǔ)償，但由于熱敏電阻的非線性特性，則在測量電路的設(shè)計(jì)和選擇時必須考慮線性化處理（當(dāng)然也可以通過軟件線性化處理）。這里簡單介紹一種熱敏電阻非線性的線性化網(wǎng)絡(luò)處理方法。網(wǎng)絡(luò)化處理方法就是用溫度系數(shù)很小的精密電阻與熱敏電阻串聯(lián)或者并聯(lián)而構(gòu)成電阻網(wǎng)絡(luò)，如圖所示。圖a中熱敏電阻與補(bǔ)償電阻串聯(lián)后的等效電阻為，只要的阻值選擇恰當(dāng)，