热电阻式传感器原理ppt课件.ppt

2.7.2热电阻
热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化
的原理进行测温的。人们也常常把这种导体或半导体的电阻值随温
度变化而变化的现象称为热阻效应。热电阻传感器分为金属热电阻
和半导体热电阻两大类，通常把金属热电阻称为热电阻，而把半导
体热电阻称为热敏电阻。
（1）热电阻
事实上各种金属材料的阻值都会随温度的变化而变化，但要利
用它作为测量用的热电阻必须具体以下要求：电阻温度系数要尽可
能大和稳定，电阻率高，线性度好，并且能在较宽的温度范围内保
持稳定的物理和化学性能。目前应用较多的热电阻材料主要有铂、
铜、镍、铁等。目前热电阻广泛用来测量范围内的温
度，少数情况下，低温可测至，高温达。
热电阻传感器通常由热电阻、连接导线及显示仪表构成，如图
3.47所示。热电阻也可以与温度变送器连接，将温度转换成标准电
流信号输出。

1）铂电阻
铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，并具有良好的工艺性能，易于提纯，可以做成非常细的铂丝或极薄的铂箔，缺点就是电阻温度系数较小，同时价格较昂贵。
铂热电阻中的铂丝纯度用电阻比来表示，它是铂热电阻在
时的阻值与时的阻值之比。按IEC标准，工业用铂热电阻的。
铂热电阻除用作一般的工业测温外，在国际温标IPTS-68中还被用来作为在温度范围内的温度基准器。铂电阻与温度的关系，可用下面的公式表示
在以内
（3.67）
在以内
（3.68）
式中—温度为时的电阻值；
—温度为时的电阻值；
—任意温度（）；
、、—常数；铂的时，，，
；
铂的时，，，
；从式（3.67）和式（3.68）可以看出，热电阻在温度时的电
阻值与有关，目前我国规定工业用铂热电阻有和
两种，对应的分度号分别为Pt10和Pt100，其中又以Pt100为常用。
在实际测量时，只要测得热电阻的阻值，便可根据分度表查得对
应的温度值。列出Pt100的分度表，如表3.3所示。
2）铜电阻
由于铂是贵重金属，故在一些测量精度要求不高，测温范围不
大的情况下，可以采用铜电阻来代替铂电阻，从而降低成本，同时
也能达到精度要求。在的温度范围内，铜电阻阻值与温度关系几乎
是线性的，可用下式近似表示

（3.69）
式中—温度为时的电阻值；
—温度为时的电阻值；
—铜热电阻的电阻温度系数，。
铜电阻的缺点是电阻率较低，电阻体积较大，热惯性也大，而且易于氧化，不适合在腐蚀性介质或高温下工作。
目前工业上使用的标准铜热电阻有分度号为G（）、Cu50（）和Cu100（）三种。这里给出G分度表，以供工程技术人员在使用时查阅，如表3.4所示。
3）其他热电阻
表2.3WZB型铜热电阻G分度表
温度系数：下页
铁和镍这两种金属的电阻温度系数较高，电阻率较大，因此可
制成体积小、灵敏度高的电阻温度计，但由于有易氧化、化学稳定
性差、不易提纯和非线性等严重缺点，目前应用较少。
由于铂热电阻和铜热电阻对于低温和超低温的测量性能不理
想，故在近年来一些新颖的热电阻如铟电阻、锰电阻、碳电阻等逐
步成为测量低温和超低温的理想热电阻。
4）热电阻的测量电路
用热电阻传感器进行测温时，测量电路一般采用电桥电路。但
是热电阻与检测仪表相隔距离一般较远，因此热电阻的引线对测量
结果有很大的影响。热电阻测温电桥的引线方式通常有两线制、三
线制和四线制三种。如图所示。
两线制中引线电阻对测量结果影响较大，一般用于测温精度不
高的场合；三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻
因环境温度变化所引起的测量误差；四线制可以完全消除引线电阻
对测量的影响，常用于高精度温度检测。

1-热电阻感温元件；
2、4-引线；
3－接线盒；
5－显示仪表；三线制与两线制的对比保护
套管半导体热敏电阻
3.7.2热敏电阻式传感器

热敏电阻是由金属氧化物（NiO、MnO2、CuO、TiO2等）的粉末按照一定比例混合烧结而成的半导体。
1）热敏电阻的温度特性
按半导体电阻-温度特性，热敏电阻典型可分为三类：即负电阻温度系数热敏电阻（NTC），正电阻温度系数热敏电阻（PTC）和临界温度系数热敏电阻（CTR）。它们的温度特性曲线如图所示。

从图3.49可以看出，CTR型在一定温度范围内，阻值随温度的
变化剧烈变化，故可作为理想的开关器件。在温度测量中，则主要
采用NTC或PTC型热敏电阻，而使用最多的又是NTC型热敏电阻。
因此这里我们就只对这种热敏电阻进行介绍。根据半导体理论，在不太宽的温度范围内（），NTC型热敏电阻在温度时的阻值可表示为

（2-24）

式中—温度时的电阻值；
—材料常数，一般情况下，在高温时，
值要增大。
由上式可求得热敏电阻的温度系数

（2-26）

可见，随温度降低而迅速增大，决定了NTC热敏电阻在全部工
作范围内的