第七章第七章热电式传感器热电式传感器主要内容：7.1热电式传感器分类7.2热电阻传感器7.3热敏电阻7.4热电偶传感器7.5热电式传感器的应用7.1热电式传感器分类热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测的装置。可分为：金属温度变化转换为电阻变化⎧⎧热电阻⎪热电阻传感器热电式传感器⎨⎨⎩热敏电阻⎪⎩热电偶传感器半导体温度变化转换为热电动势变化7.2热电阻传感器一.热电阻传感器概述利用电阻随温度变化的特性制成的传感器叫热电阻传感器，它主要用于对温度和与温度有关的参量进行检测。由电阻体、绝缘套管和接线盒等主要部件组成二.热电阻材料的特点及性能1.特点：1）大电阻温度系数，以便提高热电阻灵敏度；2）大电阻率，以便在相同灵敏度下减少电阻尺寸；3）小热容量，以提高热电阻的响应速度；4）在整个测温范围内，具有稳定的物理、化学性能，以保证测量准确性；5）电阻与温度的关系必须有线性或接近线性，以便于实现高精度测量；6）良好的工艺性，以便于降低成本、批量生产。2.材料：铜、铂、铟、锰、碳三.热电阻的结构、种类及接线方式、主要参数1.铂电阻的主要参数有：0℃时的电阻值及精度等级（或误差）、温度系数、测温范围、热响应时间及工作电流、外形尺寸等。2.结构（见图7.1）：感温元件、连接用的内引线、保护管、绝缘管和接线盒等。图7.1工业用厚膜铂电阻传感器的基本结构1.出线孔密封圈2.出线孔螺母3.链条4.盖5.接线6.盖的密封圈7.接线盒8.接线座9.保护管10.绝缘管11.内引线12.感温元件3.热电阻与仪表式放大器的接线方式（见图7.2）：两线制：接线简单，但对引线电阻有一定要求，否则会引起测量误差，常用于不需较高精度且测量温度的热电阻与仪表较近的场合。三线制：可减少热电阻与测量仪表间连接导线因环境温度变化所引起的测量误差。四线制：不仅可消除热电阻与测量仪表之间连接导线电阻的影响，且可消除测量线路中寄生电势引起的测量误差，多用于标准计量和实验室。图7.2热电阻引线形式图7.4四线制接线方法图7.3三线制接线方法•r1，r2，r3为延长线电阻，电容用来清除噪声。三线制接线法在满度范围内误差也不会为零。需要更高精度时，采用四线制方式，虽增加接线数，但导线电阻影响大为减小。7.3热敏电阻热敏电阻一般由金属氧化物陶瓷半导体材料经成形、烧结等工艺制成。一般说，半导体比金属具有更大的电阻温度系数。一.热敏电阻分类及结构1.分类：负温度系数热敏电阻(NTC)。它的阻值随温度上升而减小，使用范围为-50～+300℃，主要用于测温。正温度系数热敏电阻(PTC)。它的阻值随温度上升而增大，具有开关特性，使用范围为-50～+150℃，主要用于彩电消磁、电路设备的过热保护及用作温度开关。临界温度热敏电阻(CTR)。也具有开关特性，使用范围为0～+150℃，主要用于温度报警。2.结构：热敏电阻有珠粒状、圆柱状、圆片状。一般珠粒状由玻璃封装，圆柱状由树脂或玻璃封装，而圆片状一般由树脂封装。圆柱状热敏电阻，其外形与一般玻璃封装二极管一样，珠粒状热敏电阻因体积小、时间常数小，适合于制造点温度计、表面温度计。二.新材料热敏电阻1.典型的NTC、PTC、CTR热敏电阻灵敏度较高，但只能在低于300℃时工作。近期新研制出的硼热敏电阻，在700℃高温时仍可满足灵敏度、互换性、稳定性的要求。可用于测流体流速、压力、成分等。近期研制的CdO-Sb2O3-WO3和CdO-Sn2O3-WO3两种热敏电阻在-100～+300℃范围内，特性呈线性关系，解决了NTC热敏电阻的非线性问题。2.今年来发现四氰醌二甲烷新型有机半导体材料，具有电阻率随温度迅速变化的特性，这种有机热敏电阻可制成厚膜。用它可制成电子定时元件。三.热敏电阻的主要参数：1.标称电阻R25(Ω),它是热敏电阻25℃的阻值。其大小由电阻材料和几何尺寸决定。2.电阻温度系数αt(%/℃)，它是指电阻值随温度的变化率。其表达式为：αt=(1/RT)(dRT/dT)。3.时间常数τ(s)。它表示热敏电阻加热或冷却的响应速度。其表达式为：τ＝C/H。（式中：C－热容量；H－耗散系数；τ－热敏电阻在零功率测量状态下）4.最高工作温度t(℃)。在规定技术条件下长期连续工作所允许的温度为热敏电阻最高工作温度。表达式为：TM=T0+PE/H（式中：T0－环境温度；PE－环境温度时的额定功率W0）5.额定功率PE(W)。指在规定技术条件下，热敏电阻长期连续工