第四章-热电式-热电阻-集成温度传感器2013

线性好，价格低， 适用于无腐蚀性介
质
精度高，价格贵， 适用于中性和氧化 性介质，但线性度
差
4.3.2 热电阻的种类及特点
思考：
如果用分度号为Pt100的铂电阻测温，在计算时错 用了Cu100的分度表，查得的温度为 200 ℃，则实际 温度比 200 ℃大？还是小？说明原因。
4.3.2 热电阻的种类及特点
进一步的发展依赖于半导体技术的发展和制造工艺水平的 提高。
4.3.3 热电阻测温电桥 4.3.3 热电阻测温电桥
说明：为了消除金属热电阻（几欧~几十欧范围） 中的引线电阻和连接导线电阻受温度变化而改变其 阻值大小，从而影响热电阻测温。 测温电桥——两线制、三线制、四线制接法。
4.3.3 热电阻测温电桥
4.3.2 热电阻的种类及特点
热电阻按材料分类
（1） 铂热电阻
特点：精度高、稳定性好、性能可靠、易于提纯、复制性好、 具有良好的工艺性、可以制成极细的铂丝、电阻率较高；在0C 以上，其电阻与温度的关系接近于直线(其电阻温度系数为 3.9×10－3/C )。 作用：工业测量，温度的基准、标准仪器。ITS-90国际温标规 定，在13.81K~961.78℃的标准仪器为铂电阻温度计。 缺点：电阻温度系数小；在还原气氛中，特别是在高温下，易 被污染变脆；价格昂贵。 常用铂电阻分度号： Pt1000，Pt100和 Pt10
(3) 热敏电阻的特点
测温范围：-100~300℃ 优点： ① 电阻温度系数大，灵敏度高，约为 (3 ~ 6 ) 1 2 0 (1 / C ) ② 电阻率大，利于小型化，连接导线的影响可以忽略； ③ 结构简单、体积小，可以用于测量点温度； ④ 热惯性小，适用于表面温度及快速变化温度。 不足：热敏电阻温度特性分散、互换性差、非线性严重。
4.4 集成温度传感器
4.4.1 集成温度传感器基本原理 4.4.2 集成温度传感器举例（AD590）
4.3 热电阻 4.3.1 热电阻测温原理
原理：利用导体或半导体的电阻值随温度的变化而改变的性质 来测量温度。 实验证明：
多数金属导体在温度升高1℃时，阻值变化 0.4% ~ 0.6%； 多数具有负温度系数的半导体在温度升高1℃时，阻值 变化 3% ~ 6%； 多数导体或半导体电阻值随温度变化的关系式为：
得
E A ( T , B T 0 , 0 ) E A ( T , B T 0 ) E A ( T 0 , B 0 )
方法：测T0 →查表EAB(T0, 0)→测EAB(T, T0) →计算EAB(T, T0, 0)→查表求T。
第四章 热电式传感器
4.1 概述 4.2 热电偶
4.3 热电阻
4.3.1 热电阻的测温原理 4.3.2 热电阻的种类及特点 4.3.3 热电阻测温电桥
测温R 范t 围 ：R -2 01 0 ~500T ℃ T 0
4.3.2 热电阻的种类及特点
1、热电阻的材料
dR
① 电阻温度系数要大：单位1/℃，定义为： R 1 dR
α越大制成的温度计的灵敏度越高测量结果越准确；dT R dT
一般非常数， 不同温度数值不同 α=f(T) ；
材料越纯,α越大。
E A B T ， T 0 E A B T E A B T 0
内容回顾
冷端温度补偿
3）冷端补偿器法（补偿电桥法）
不平衡电桥
0C 恒温 T0=f (时间, 环境)
R4（铜丝）
R1=R2=R ３ =1Ω( 锰 铜 丝) Rg（限流）
调整Rg电阻→ Uba=E(T0, 0),
E E(T,T0)Uba E(T,T0)E(T0, 0) E(T,0)
（3）其他类型热电阻
上述两种热电阻对于低温和超低温测量性能不理想，而铟、 锰、碳等热电阻材料却是测量低温和超低温的理想材料。
铟电阻用 99.999％ 高纯度的铟丝绕成电阻，可在室温至 4.2K 温度范围内使用。实验证明：在 4.2~15K 温度范围内，灵 敏度比铂电阻高10倍；缺点是材料软，复制性差。锰电阻测温范 围为 2~63K，电阻随温度变化大、灵敏度高。但材料脆，难拉成 丝。碳电阻适合用液氦温域的温度测量，价廉，对磁场不敏感， 热稳定性较差。
（2） 铜热电阻
优点：线性度好，电阻温度系数大、价格低、精度适中； 缺点：机械强度较差，热惯性大， >100℃时，易被氧化； 测温范围：-50~+150℃。 常用铜电阻分度号：Cu100和Cu50
铜电阻的电阻温度特性方程为：
R t R 01 A t B t2 C t3
由于B、C 比 A 小得多，所以可以简化为：
② 要求有较大的电阻率：因为电阻率越大↑→电阻体积越小↓→ 热容量和热惯性越小↓→温度变化的响应越快↑。
③ 在测温范围内，要求物理化学性质稳定。
④ 复现性好、复制性强、易得到纯净物质。
⑤ 电阻值与温度间近似为线性关系，便于测温的分度和读数。
⑥ 价格低。
综上所述：铂、铜、铁、镍和一些半导体材料比较适合做热电阻。
R0
式中, R 1 0 0 表示水沸点 (100℃) 时的铂电阻的电阻值；R 0 表
示水冰点（0℃）时的铂电阻的电阻值。
目前技术水平已达到 W(100) =1.3930 ，与之相应的铂纯度为
99.9995 %，工业用铂电阻纯度为 W 1 0 0 1 .3 8 7 ~ 1 .3 9 0。4.3.2 热ຫໍສະໝຸດ 阻的种类及特点片状、柱状和珠状
4.3.2 热电阻的种类及特点
(2) 半导体热敏电阻实物照片
MF74超大功率型NTC热敏电阻器
应用范围：适用于大功率的转换 电 源 、 开 关 电 源 、 UPS 电 源 及 各 类大功率照明灯具、电加热器的 浪涌电流抑制。
MF52珠状测温型NTC热敏电阻器 应用范围：广泛应用于空调设备、 暖气设备、电子体温计、液位传感、 汽车、电子台历、手机电池。
—参考温度计算修正法的理论依据，为热电势分度奠定理论基础
（4）标准电极定律：E A ( T , B T 0 ) E A C ( T , T 0 ) E B C ( T , T 0 )
内容回顾
4、热电偶冷端补偿：
为什么要进行冷端补偿？
不
冷端补偿的方法有哪些？
稳
✓ 热电偶测温原理：只有参比端温
定
度恒定时，回路总热电势EAB(T,T0) 才是温度T的单值函数！
工业用常用线路
① 两线制
特点： 接入一个桥臂； 引线与连接导线随环境温度变化全部加 入到热电阻的变化之中； 简单，仍有应用； 引出线的电阻值特性：铜：<=0.2％(R0)； 铂: <= 0.1％(R0) 。
Rt：热电阻； r’：引线； r：连接导线； Rr：调整电阻
不平衡电桥
Rl
R a c 2 ( R r r r ') R t 2 R l R t
4.3.2 热电阻的种类及特点
CMF贴片式NTC热敏电阻器 应用范围：半导体集成电路、液晶显 示、晶体管及移动通讯设备用石英振 荡器的温度补偿、可充电电池的温度 探测、计算机微处理器的温度探测、 需温度补偿的各种电路。
MF55系列绝缘薄膜型NTC热敏电阻器 应用范围：电脑、打印机、家用电 器等。
4.3.2 热电阻的种类及特点
内容回顾
3、热电偶基本定律： （1）均质导体定律：均匀导体（或半导体）组成的闭合回路不 产生热电势；
（2）中间导体定律： E AB ( T ,T C 0 ) E A( T B ,T 0 )
—接入导体和仪表测量热电势的条件和基础。
（3）中间温度定律：E A ( T , T B n , T 0 ) E A ( T , T B n ) E A ( T n , B T 0 )
R t R 01A t
式中， A4.28103为常数。
热电阻名称 铜电阻 铂电阻
分度号
Cu50 Cu100
Pt50 Pt100
R t R 0 1 t t 0
0℃时阻值(Ω) 测温范围（℃）
特点
50±0.05 100±0.1
50±0.003 100±0.006
-50—150 -200—850
热惯性小！
4.3.2 热电阻的种类及特点
3、 半导体热敏电阻
半导体热电阻——热敏电阻。 材料：常用一定比例的锰、镍、 铜、钛、镁的氧化物混合制成。 负温度系数NTC 正温度系数PTC 临界温度系数CTR
测温特点： 变化剧烈
变化剧烈
近似线性关系
4.3.2 热电阻的种类及特点
(1) 半导体热敏电阻的形状
对满足上述关系的热电阻，其温度系数约为 3.940103/℃。 由上式可见，电阻值Rt与 t 及R0有关，当R0 值不同时，即使在同样 的温度下其Rt 的值也不同。因此作为测量用热电阻必须规定R0值。
4.3.2 热电阻的W 100 R100
Rl
4.3.3 热电阻测温电桥
② 三线制
方法： 热电阻有三个引线； 其中两根+连接导线的电阻分别加到电 桥相临两桥臂中； 第三根接到电源线上； ≡电源与电桥的连接点a从仪表内部的桥 路上移到热电阻附近。
4.3.2 热电阻的种类及特点
铂电阻的阻值与温度之间的关系:
在0～850℃范围内: R tR 01A tB t2
在 -200～0℃范围内: R t R 0 1 A t B t 2 C t 1 0 0 3
式中， R t 为温度为 t ℃时的铂电阻的阻值； R 0 为温度为0℃ 时的铂电阻的阻值； A、B、C 均为常数，且 A3.94010 3 /℃，B 5 .8 0 2 1 0 7 /℃， C 4 .2 7 4 1 0 1 2/℃。
相近（0~100C）：
0~100C
E A B T ， T 0 E A B T E B Q T n E Q C T 0 E C P T 0 E P A T n E A B T ,T n E P Q T n ,T 0