62 热电阻式传感器(36)
热电阻传感器及其应用
机械工程测试技术作业电阻式传感器的应用姓名：李永贤班级：机械设计制造及其自动化13-1班学号：20131129热电阻传感器及其应用摘要：热电阻传感器适用于温度检测要求较高的场合。
介绍了金属热电阻和热敏热电阻传感器的工作原理、分类、结构及应用。
新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。
在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。
可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。
热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。
在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。
热电阻传感器具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。
用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。
1 工作原理在金属中，载流子为自由电子，当温度升高时，虽然自由电子数目基本不变（当温度变化范围不是很大时），但每个自由电子的动能将增加，因而在一定的电场作用下，要使这些杂乱无章的电子作定向运动就会遇到更大的阻力，导致金属电阻值随温度的升高而增加。
热电阻就要是利用电阻随温度升高而增大这一特性来测量温度的。
热敏电阻是一种新型的半导体测温元件。
半导体中参加导电的是载流子，由于半导体中载流子的数目远比金属中的自由电子数目少得多，所以它的电阻率大。
随温度的升高，半导体中更多的价电子受热激发跃迁到较高能级而产生新的电子—空穴对，因而参加到电的载流子数目增加了，半导体的电阻率也就降低了（电导率增加）。
因为载流子数目随温度上升按指数规律增加，所以半导体的电阻率也就随温度上升按指数规律下降。
热敏电阻正是利用半导体这种载流子数随温度变化而变化的特性制成的一种温度敏感元件。
武汉理工大学-现代检测理论与技术网课题目和答案
第一讲：1、传感器是一种将特定的被测信号按照一定的规律转换为可用输出信号的装置，它主要由敏感元件和转换元件组成。
2、基本型现代检测系统一般包括传感器、信号处理、数据采集、计算机、输出显示等五部分。
3、传感器技术发展趋势及重点研究开发主要体现在高精确度、小型化、集成化、多功能化、智能化等方面。
4、检测技术的发展主要体现在①不断拓展测量范围，努力提高检测精度和可靠性②传感器逐渐向集成化、组合式、数字化方向发展③重视非接触式检测技术研究④检测系统智能化等方面。
5、一个完整的检测过程包括信息数据采集、信号处理、信号传输、信号记录、信号显示等方面。
6、现代检测系统的基本结构大致可分为智能仪器、个人仪器和自动测试系统等三类。
7、传感器按能量关系可分为能量变换型和能量控制型两类。
8、传感器按输出量可分为模拟式和数字式两类。
9、智能传感器一般具有①自校零、自标定、自矫正②自动补偿③自动采集数据。
并对数据进行预处理④自动进行检测、自选量程、自寻故障⑤数据存储、记忆与信息处理功能⑥双向通讯、标准化数字输出或符号输出等功能。
第二讲：1．仪表的精度等级是指仪表的（）A．绝对误差 B．最大误差C．相对误差D．最大引用误差2.属于传感器动态特性指标的是( )A.重复性B.线性度C.灵敏度D.固有频率3.按照分类，阈值指标属于( )A.灵敏度B.静态指标C.过载能力D.量程4.与价格成反比的指标是( )A.可靠性B.经济性C.精度D.灵敏度5.属于传感器静态指标的是( )A.固有频率B.临界频率C.阻尼比D.重复性6. 属于传感器动态特性指标的是( )A.量程B.过冲量C.稳定性D.线性度7.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的( )A.线性度越好B.迟滞越小C.重复性越好D.灵敏度越高8.传感器的灵敏度越高，表示传感器( )A.线性度越好B.能感知的输入变化量越小C.重复性越好D.迟滞越小9.传感器的标定是在明确传感器的输入与输出关系的前提下，利用某种( )对传感器进行标定。
《传感器技术》作业(2)
《传感器技术》作业（2）一、填空题1、沿应变片轴向的应变εx必然引起应变片电阻的相对变化，而垂直于应变片轴向的横应变εy也会引起其电阻的相对变化，这种现象成为横向效应。
这种现象的产生和影响与应变片结构有关。
为了减小由此产生的测量误差，现在一般多采用箔式应变片。
2、为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括：单丝自补偿法、双丝自补偿法、桥路补偿法。
3、应变片的线性（灵敏度系数为常数）特性，只有在一定的应变限度范围内才能保持。
当试件输入的真实应变超过某一限值时，应变片的输出特性将出现非线性。
在恒温条件下，使非线性达到10%时的真实应变值，称为应变极限εlim。
它是衡量应变片测量范围和过载能力的指标。
4、应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值。
5、应变片的选择包括：类型的选择、材料的选择、阻值的选择、尺寸的选择。
6、应变式测力传感器弹性元件即为力敏元件，它将被测力的变化转换成应变量的变化。
弹性元件的形式通常有柱式、悬臂梁式、环式等。
7、利用半导体扩散技术，将P型杂质扩散到一片N型底层上，形成一层极薄的电导P型层，装上引线接点后，即形成扩散型半导体应变片。
若在圆形硅膜上扩散出4个P型电阻构成惠斯通电桥的4个桥臂，这样的敏感器件称为固态压阻器件。
8、压阻器件本身受到温度影响后，要产生零点温度漂移和灵敏度温度漂移。
因此，必须采用温度补偿措施。
9、压阻器件的零点温度漂移是由于4个扩散电阻值及它们的温度系数不一致而造成的，一般用串、并联电阻法来补偿。
10、压阻器件的灵敏度温度漂移是由压阻系数随温度变化而引起的。
补偿灵敏度温漂，可以采用在电源回路中串联二极管的方法。
11、利用导电材料的电阻率随本身温度而变化的温度电阻效应制成的传感器，称为热电阻式传感器。
12、电位计传感器也称变阻器式传感器，其工作原理是通过改变电位计触头位置，实现将位移变化转换为电阻的变化。
13、在应用中电容式传感器有三种基本类型，即变极距型或称变间隙(δ)型、变面积(S)型和变介电常数(ε)型。
第六章 温度测量--热电阻传感器
电阻式温度传感器电阻式传感器广泛应用于测量-200～960℃范围内的温度。
它是利用导体或半导体的电阻率随温度变化而变化原理而工作的，用仪表测量出电阻的变化，从而得到与电阻值相对应的温度值。
电阻式传感器按照其制造材料分可分为：金属（铂和铜）热电阻及半导体热电阻(热敏电阻)两大类。
一、 常用的金属热电阻金属热电阻传感器一般称作热电阻传感器，是利用金属导体的电阻值随温度的升高而增大的原理进行测温的。
温度是分子平均动能的标志，当温度升高，金属晶格的动能增加，从而导致振动加剧，使自由电子通过金属内部时阻碍增加，金属导电能力下降，即电阻增加。
通过测量导体的电阻变化情况就可以得到温度变化情况。
最基本的热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成，如图7-1所示。
主要制造材料是铂和铜。
测量温度范围-220～+850℃。
在特殊情况下，低温可测量至1K （-272℃），高温可测量至1000℃。
1、铂热电阻铂热电阻是目前公认的制造热电阻最好的材料，它性能稳定，重复性好，长时间稳定的复现性可达10-4 K ，是目前测温复现性最好的一种温度计。
同时其测量精度高。
在氧化性介质中、甚至在高温下，其物理、化学性能都很稳定，其阻值与温度之间几乎成线性变化。
但其在还原性介质中，特别是高温易从氧化物中还原出来的气体所污染，改变它的电阻与温度关系，此外其电阻温度系数小，价格较高。
因此，主要作为标准电阻温度计和高精度温度测量。
铂电阻的精度与铂的提纯程度有关，因此铂电阻的纯度是以W （100）表示：100)100(R R W =（6-1） W （100）越高，表示铂丝纯度越高。
国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，W （100）≥1.3925。
目前技术水平已达到W （100）＝1.3930，工业用铂电阻的纯度W （100）为1.387～1.390。
中国常用的铂电阻有两种，分度号分别为Pt50和Pt100。
即在0℃时电阻分别为50Ω和100Ω。
金属热电阻式传感器的工作原理
金属热电阻式传感器的工作原理金属热电阻式传感器是一种常见的温度传感器，它利用金属材料在温度变化时电阻值发生变化的特性来测量温度。
它通常用于工业控制系统、汽车工业、医疗设备、家用电器等领域。
本文将详细介绍金属热电阻式传感器的工作原理，包括其结构、工作原理、特点以及应用。
一、金属热电阻式传感器的结构金属热电阻式传感器的结构通常由测温元件、导线和外壳组成。
1. 测温元件测温元件是金属热电阻式传感器的核心部件，主要由金属丝（通常为铂、镍等）制成。
这些金属丝具有温度与电阻呈线性关系的特性，因此可以通过测量电阻的变化来确定温度的变化。
2. 导线导线是将测温元件连接到测量仪表或控制系统的部分，通常由耐高温材料制成，以确保传感器能够正确传输温度信息。
3. 外壳外壳是保护传感器内部结构的外部部分，通常由不锈钢或其他耐腐蚀材料制成，以确保传感器能够在恶劣的工作环境中正常工作。
二、金属热电阻式传感器的工作原理金属热电阻式传感器利用金属材料在温度变化时电阻值发生变化的特性来测量温度。
其工作原理主要体现在热电阻效应和温度-电阻特性两个方面。
1. 热电阻效应金属材料在温度变化时会引起自身电阻值的变化，这一现象称为热电阻效应。
具体来说，随着温度的升高，金属材料的电阻值会增加，反之则减小。
这种线性关系使得金属热电阻式传感器可以通过测量电阻的变化来确定温度的变化。
2. 温度-电阻特性金属热电阻式传感器的工作原理还涉及到金属材料的温度-电阻特性。
不同金属的温度-电阻特性并不相同，因此在制造金属热电阻式传感器时，通常会选用具有良好温度-电阻特性的金属材料，例如铂、镍等。
利用这些金属材料的特性，传感器可以实现对温度的准确测量。
综合上述两点，金属热电阻式传感器的工作原理可以总结为：利用金属材料在温度变化时电阻值发生变化的特性，通过测量电阻值来确定温度的变化。
这种工作原理使得金属热电阻式传感器能够实现对温度的准确测量，并在工业控制系统、汽车工业、医疗设备、家用电器等领域得到广泛应用。
传感器知识整理
传感器技术把被测非电量转换成与非电量有一定关系的电量，再进行测量的方法就是非电量电测法。
实现这种转换的器件叫传感器。
一个完整的自动测控系统一般由传感器、测量电路、显示记录装置和电源四部分组成。
自动测控系统通常可分为开环和闭环两种。
传感器技术是以研究传感器的原理、传感器的材料、传感器的制作、传感器的应用为主要内容；以传感器的敏感材料的电、磁、光、声、热、力等物理效应、现象，化学中的各种反应以及生物学中的各种机理为理论基础。
传感器与通信技术、计算机技术一起分别构成了信息技术系统的感官、神经、和大脑，接口电路的作用是把转换元件输出的电信号转换为便于处理、显示、记录和控制的电信号。
经常采用的接口电路有电桥电路和其他特殊电路，如高阻抗输入电路、脉冲电路、震荡电路等。
应该指出的是：并不是所有的传感器必须包括敏感元件和转换元件。
有的传感器需要外加电源才能工作，如差动变压器、应变片组成的电桥等；有的不需要外加电源便能工作；如压电晶体。
传感器的分类；常见的有温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。
这种分类方法将被测量分为基本被测量和派生被测量。
电学式传感器有：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡式传感器。
电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器。
主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。
具体请参见教材第4面传感器的静态特性：传感器的线性度是指传感器实际静态特性曲线与拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出的百分比值。
公式为：线性度又称非线性误差，从特性上看线性度越小越好。
灵敏度：是指传感器在稳态下的输出变量dy与dx之比，对于线性传感器灵敏度就是它的静态特性的斜率。
公式为：K=dy/dx迟滞：传感器的迟滞是指传感器的正向星城（输入量增大）和反向行程（输入量减小）期间，输出-输入特性曲线不一致的程度。
常用温度传感器
热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等
组成，电路装在指示仪表、置于控制室中，热电阻装在金属
护套内置于现场被测介质中，由导线将两者连接起来。
热电阻两线测量桥路:热电阻的两端 各引出一根导线与指示仪表连接， 称为二线制接法，二线制接法仅适 用于热电阻与指示仪表距离较近、 连接导线较短或精度不高的场合。
模块2 常用温度传感器
学习要点
常用温度传感器 热电阻温度传感器
1
2.1 温度传感器概述
温度传感器有3个发展阶段：即传统的分 立式温度传感器、模拟集成温度传感器、 智能温度传感器。目前，国际上新型温度 传感器正从模拟式向数字式、由集成化向 智能化、网络化的方向发展。
2
一、温度与温标
温度是衡量物体（或物质）冷热程度的物 理量，能够把温度的变化转化为电量（电压、 电流或阻抗等）变化的传感器称为温度传感 器。
R2 R110 Rt R3
二、热电阻材料、结构及参数
1、热电阻材料 对电阻体材料的基本要求：
➢电阻温度系数大----提高灵敏度 ➢电阻率尽可能大----减小电阻尺寸 ➢材料的化学、物理性质稳定----减小误差 ➢材料易于加工----提高工艺性
较为广泛应用的电阻体材料有： 铂、铜、镍、铁等，而常用的是铂、铜 。
➢铜的机械强度较差，一般用双绕法：
先将铜丝对折，两根丝平行绕制，1两4 个端头处于支架的同一端。
热电阻式传感器的结构:由电阻体（感温元件）、引出线、绝缘套管和接线 盒等部件组成。其中，电阻体（感温元件）是主要部件。
玻璃骨架铂热 电阻感温元件
云母骨架铂热电阻
普通工业用热电阻基型产品结构
铜热电阻感温元件
机械强度较差，热惯性较大，在温度高于100℃时，易氧化，稳定性较差。
传感与检测技术_武汉理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
传感与检测技术_武汉理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.在经典传感器中主要（）来消除环境温度的影响，智能传感器中主要采用的是（）。
参考答案:结构对称，监测补偿2.如果有些传感器的特性存在非线性严重，采用线性拟合或分段线性拟合仍不能满足校正误差要求时，可以采用分段曲线拟合，分段数一般取（）。
参考答案:23.在实际应用中，随机扰动往往不是单一的。
有时既要消除大幅度的脉冲干扰，又要做数据平滑，需要采（）算法，既能抑制随机干扰，又能滤除明显的脉冲干扰。
参考答案:复合滤波算法4.一般情况下，要求热敏电阻式传感器的热敏电阻的阻值与被测温度之间呈（）关系。
参考答案:一定范围内的线性5.红外光导摄像管中，红外图像所产生的温度分布可以把靶面上感应出相应电压分布图像的物理基础是( )。
参考答案:热电效应6.压电式传感器使用( )放大器时,输出电压几乎不受联接电缆长度变化的影响。
参考答案:电荷放大器7.在压电式加速度传感器中，将被测加速度转变为力的是（）。
参考答案:质量块8.算术平均滤波算法可以有效地滤出（）,滤波效果主要取决于采样次数，采样次数越大越大, 滤波效果越好，但系统的灵敏度下降，因此这种滤波效果只适用于（）信号。
参考答案:随机误差，缓慢变化9.两片压电片电荷极性为正、负并联输出，输出总电荷是单片电荷的（）倍，输出电压为单片电压的（）倍；参考答案:2，110.天然石英晶体理想外形是一个正六面棱体，为了分析方便，把它用三根相互垂直的轴x,y,z来描述，那么x,y,z轴分别称为（）。
参考答案:电轴，机械轴，光轴11.压电式压力传感器不适于测量（）。
参考答案:静态力12.差动变压器是利用两线圈的（）来实现非电检测的。
参考答案:互感变化13.电感传感器的频率响应低，不适用于（）测量。
参考答案:快速动态14.差动脉冲调宽电路属脉冲调制电路，它利用对传感器电容充放电使输出脉冲的宽度随电容量的变化而变化，再经（）可得对应被测量变化的（）信号。
常用温度传感器
一、 热电阻的测温原理
热电阻效应：
物质的电阻率随温度变化而变化的物理现象。
热电阻温度传感器是利用物质的电阻率随温度变化而变化的特 性来进行温度测量的。
金属的电阻温度系数为正值，如图。
因为：在金属中，载流子为自由电子， 当温度升高时，每个自由电子的动能 将增加，因而在一定的电场作用下， 要使这些杂乱无章的电子作定向运动 就会遇到更大的阻力，导致金属电阻 值随温度的升高而增加 。
➢当介质流动时，由于介质流动要带走热 量， Rt1所耗散的热量与被测介质的平均 流速成正比。因而Rt1温度下降，引起电阻 下降，电桥失去平衡，检流计有相应指示， 可用流量或流速标定。
突断型温度传感器
➢ 电热水壶接通电源加热 后，水温逐步上升到100度， 水开始沸腾，蒸汽冲击蒸 汽开关上面的双金属片， 由于热胀冷缩的作用，双 金属片膨胀变形，顶开开 关触点断开电源。 ➢ 如果蒸汽开关失效，壶 内的水会一直烧下去，直 到水被烧干，发热元件温 度急剧上升，位于发热盘 底部的有两个双金属片， 会因为热传导作用温度急 剧上升，膨胀变形，断开 电源。
R2 R1 Rt R3
二、热电阻材料、结构及参数
1、热电阻材料 对电阻体材料的基本要求：
➢电阻温度系数大----提高灵敏度 ➢电阻率尽可能大----减小电阻尺寸 ➢材料的化学、物理性质稳定----减小误差 ➢材料易于加工----提高工艺性
较为广泛应用的电阻体材料有： 铂、铜、镍、铁等，而常用的是铂、铜 。
如果热电阻安装的位置与仪表相距较远， 当环境温度变化时，其连接导线电阻也要 变化。为消除连接导线电阻变化带来的测 量误差，测量时采用三线制连接法。除了 三线制接法，另外还有四线制接法，主要 用于精密测量。
(Rt 2r)R2 R1R3 R2 R1
电阻式传感器
34
筒式结构使应变片分散在端面的载荷集中
到筒的表面上来，改善了应力线分布；在筒壁上
还能开孔，如图所示，形成许多条应力线，从而
与载荷在端面的分布无关，并可减少偏心载荷、
非均布载荷的影响，使引起的误差更小。
35
(2)悬臂梁式传感器
悬臂梁式传感器是一种低外形、高精度、
抗偏、抗侧性能优越的称重测力传感器。采用弹
等特点。
39
除等截面梁和等强度梁传感器外，还有剪
切梁式传感器，两端固定梁传感器等等。如图
所示，为几种梁式传感器外形。
40
（a）双孔梁
（b）S形
41
如图所示，是引进美国HBM公司技术和生产
线生产的SB3悬臂梁式传感器。
42
案例：电子称
3.2 电阻式传感器
华中科技大学机械学院
43
(3)轮辐式传感器
圆筒 形 两种 。 圆筒 或 圆柱
在外力F作用下产生的应变
为
F
e
E EA
33
一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱表面的
中间部分，如左图所示，并连接成右图所示的桥路。
R1 和R3 ，R2 和R4 分别串联，放在相对桥臂
内，这是为了消除弯矩的影响。横向粘贴的应
变片R5、R6、R7和R8作为温度补偿片(也可起到
应变值与试件真实应变的相对差值不超过10%时
的最大真实应变值。影响应变极限大小的主要因
素是粘合剂和基底材料的性能。
27
(7)疲劳寿命
疲劳寿命是指粘贴在试件表面上的应变片，
在恒定幅值的交变应力作用下，可以连续工作而
不产生疲劳损坏的循环次数。该参数反映了应变
第二章电阻式传感器
R1 R4 =R2 R3 或
R1 /R2 =R3 /R4
(2-22)
2．电压灵敏度
若R1由应变片替代，当电桥开路时，不平衡电桥
输出的电压为:
R3 R1 R4 R2 R3 RR4 R1 R1 U0 E( ) E R1 R1 R2 R3 R4 ( R1 R1 R2 )( R3 R4 ) R`1 R4 R1 R3 R1 R4 E E R1 R2 R4 ( R1 R1 R2 )( R3 R4 ) (1 )(1 ) R1 R1 R3
1 Uo 2 n ei Uo 1 100% 100% 2n
3．非线性线绕电位器结构
(1) 用曲线骨架绕制的非线性变阻器; (2) 三角函数变阻器;
D L
Uo
D L sin 2 UO L 1 1 Ui D 2 2
x
dx
b
Ui
Ui U O sin 2
碳膜电位器：是目前使用最多的一种电位器。其电 阻体是用碳黑、石墨、石英粉、有机粘合剂等配制的混合
物，涂在马蹄形胶木板或玻璃纤维板上制成的。
优点：分辨率高、阻值范围宽；缺点：滑动噪声大、耐 热耐湿性不好。
金属膜电位器：其电阻体是用金属合金膜、 金属氧化膜、金属复合膜、氧化钽膜材料通过真空 技术沉积在陶瓷基体上制成的,如铂铜、铂锗、铂铑 金等。 优点：温度系数小、分辨率高、滑动噪声较合 成碳膜电位器小；缺点：阻值范围小、耐磨性不好
出电压阶梯的最大值与最大输出电压之比的百分数。 具有理想阶梯特性线绕电位
Uo 1 Re n 100% 100% Uo n
计，其理想的电压分辨率为
电位器的电刷行程来说，又 有行程分辨率，其表达式为
电阻式传感器的常用种类
电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。
主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。
1、电阻应变式传感器传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。
电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。
半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。
2、压阻式传感器压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。
其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。
当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。
用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。
3、热电阻传感器热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。
在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。
目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。
用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。
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传感器技术课后习题答案
1-1衡量传感器静态特性的主要指标。
说明含义。
1、线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标。
2、回差（滞后）—反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。
3、重复性——衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度。
各条特性曲线越靠近，重复性越好。
4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。
5、分辨力——传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。
6、阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。
7、稳定性——即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。
8、漂移——在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。
9、静态误差（精度）——传感器在满量程内任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼近）程度。
1-2计算传感器线性度的方法，差别。
1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。
2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。
3、“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等并且最小。
这种方法的拟合精度最高。
4、最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。
1-3什么是传感器的静态特性和动态特性？为什么要分静和动？（1）静态特性：表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。
动态特性：反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。
（2）由于传感器可能用来检测静态量（即输入量是不随时间变化的常量）、准静态量或动态量（即输入量是随时间变化的变量），于是对应于输入信号的性质，所以传感器的特性分为静态特性和动态特性。
1—4 传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。
温度传感器选用
温度传感器的选用一、温度传感器的分类1）接触式温度传感器特点：传感器直接与被测物体接触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度，专门是被测物体热容量较小时，测量精度较低。
因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。
2）非接触式温度传感器特点：利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。
其制造本钱较高，测量精度却较低。
长处是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；持续测量不会产生消耗；反映快等。
2、温度传感器的物理原理1)、随物体的热膨胀相对转变而引发的体积转变2)、蒸气压的温度转变3)、电极的温度转变4)、热电偶产生的电动势5)、光电效应6)、热电效应7)、介电常数、导磁率的温度转变8)、物质的变色、融解9)、强性振动温度转变10）、热放射11）、热噪声另外，还有微波测温温度传感器、噪声测温温度传感器、温度图测温温度传感器、热流计、射流测温计、核磁共振测温计、穆斯保尔效应测温计、约瑟夫逊效应测温计、低温超导转换测温计、光纤温度传感器等。
这些温度传感器有的已取得应用，有的尚在研制中。
3、热电偶传感器1)、测温原理热电效应：两种不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两接点温度不同，则在该回路中会产生电动势。
这种现象称为热电效应，该电动势称为热电势。
2)、热电偶的种类（1）普通型热电偶（2）铠装热电偶（缆式热电偶）铠装热电偶是将热电偶丝与电熔氧化镁绝缘物溶铸在一路，外表再套不锈钢管等组成。
这种热电偶耐高压、反映时刻短、牢固耐用。
铠装热电偶特点：内部的热电偶丝与外界空气隔间，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。
铠装热电偶能够制作得很细，能解决微小、狭小场合的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等长处。
1-热电极；2-绝缘材料3-金属套管4-接线盒5-固定装置铠装型热电偶（3）薄膜热电偶用真空镀膜技术或真空溅射等方式，将热电偶材料沉积在绝缘片表面而组成的热电偶称为薄膜热电偶。
电阻式传感器
2019/11/3
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金属应变片受轴向力作用时， 其灵敏系数为
K12d/12
R
半导体应变片的电阻率相对变化量与半导体敏感元件在 轴向所受的应变力有关，其关系为
dE
式中： π——半导体材料的压阻系数; σ——半导体材料的所受应变力; E——半导体材料的弹性模量;
对于不同的金属材料，K 略微不同，一般为2左右。而 对半导体材料而言，由于其感受到应变时，电阻率
会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料大几十 倍。
在材料力学中， =/l称为电阻丝的轴向应变，也称纵 向应变，是量纲为1的数。 通常很小，常用10-6表示之。 例如，当 为0.000001时，在工程中常表示为110-6或
U g Ig R g R 1 R 2 R 3 R 4 E R 1 g R [ 1 R R 1 4 R 2 R R 2 3 R 3 R 4 R 3 R 4 R 1 R 2 ]
当R1R4=R2R3时，Ig=0，Ug=0，即电桥处于平衡状态。 若电桥的负载电阻Rg为无穷大，则B、D两点可视为开 路，上式可以化简为
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4.焊接： 将引线和端 子用烙铁焊 接起来，注 意不要把端 子扯断。
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5.固定： 焊接后用胶布 将引线和被测 对象固定在一 起，防止损坏 引线和应变片。
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3、应变片的温度误差及补偿
1. 应变片的温度误差
由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误 差， 称为应变片的温度误差。 产生应变片温度误差的主要 因素有下述两个方面。
此方法简单易行，能在较大温度范围内进行补偿。缺点 是三个条件不易满足，尤其是条件③。在某些测试条件 下201，9/11温/3 度场梯度较大，R1和R2很难处于相同温度点。27
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1. 热敏电阻的主要特性
⑴ 温度特性 ⑵ 伏安特性
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⑴ 温度特性
NTC型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻-温度特性
RRe Re B T 1T 1 0
B 21 7 t3 21 7 t0 3
T0
0
式中 RT , R0——热敏电阻在绝对温度T，T0时的阻值()； T0, T ——介质的起始温度和变化温度（K）； t0 , t ——介质的起始温度和变化温度（℃）； B ——热敏电阻材料常数，一般为2000～6000K， 其大小取决于热敏电阻的材料。
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热敏电阻的电阻温度系数
热敏电阻在其本身温度变化1℃时，电阻值的相对变化量
1 dRT B
RT dT T2
B和α值是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数， 热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的高很多， 所以它的灵敏度很高。
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⑵ 伏安特性
在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I与其两 端的电压U之间的关系，
（a）真空度测量方法对环境温度变化比较敏感， 实际应用中有恒温或温度补偿装置。可测到133.322×10-5Pa。
（b）可检测管内气体介质成分比例变化、热风流速变化
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2、半导体热敏电阻传感器
⑴ 温度测量 ⑵ 温度控制 ⑶ 温度补偿 ⑷ 流量测量
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⑴ 温度测量
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热敏电阻点温计
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伏安特性
当流过热敏电阻的电流很小时:
不足以使之加热。电阻值只决定于环境温度，伏安特性 是直线，遵循欧姆定律。主要用来测温。
当电流增大到一定值时：
流过热敏电阻的电流使之加热，本身温度升高，出现负 阻特性。因电阻减小，即使电流增大，端电压反而下 降。其所能升高的温度与环境条件(周围介质温度及散 热条件)有关。当电流和周围介质温度一定时，热敏电 阻的电阻值取决于介质的流速、流量、密度等散热条 件。可用它来测量流体速度和介质密度。
工业广泛使用，－200～+500℃范围温度测量。 在特殊情况下，测量的低温端可达3.4K，甚至更
低，1K左右。高温端可测到1000℃。 温度测量的特点：精度高、适于测低温。
传感器的测量电路：经常使用电桥
精度较高的是自动电桥。
为消除由于连接导线电阻随环境温度变化而造成 的测量误差，常采用三线制和四线制连接法。
NTC热敏电阻－很高的负电阻温度系数
主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等过渡金属氧化物 混合烧结而成 应用：点温、表面温度、温差、温场等测量
自动控制及电子线路的热补偿线路
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NTC热敏电阻
1. 热敏电阻的主要特性 2. 热敏电阻的结构 3. 热敏电阻的主要参数 4. 热敏电阻的线性化
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⑵ 耗散系数H 指热敏电阻的温度与周围介质的 温度相差1℃时热敏电阻所耗散的功率，单位 为mW /℃；
⑶ 热容量C 热敏电阻的温度变化1℃所需吸收或 释放的热量，单位为J／℃；
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⑷ 能量灵敏度G （W）
使热敏电阻的阻值变化1％所需耗散的功率。
G(H/)100
⑸ 时间常数τ 温度为T0的热敏电阻突然置于温度 为T 的介质中，热敏电阻的温度增量ΔT= 0.63
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铜热电阻结构示意图
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铂热电阻结构示意图
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6.2.2 半导体热敏电阻
利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成 由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结 优 点：
(1) 热敏电阻的温度系数比金属大（4～9倍） (2) 电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点温、 表面温度及快速变化的温度。 (3) 结构简单、机械性能好。 缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。
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⑵ 温度控制
简 易 温 度 控 制 器
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⑶ 温度补偿
仪 表
中
的
电 阻
温
度 补
偿
电
路
金属一般具有正的温度系数，
采用负温度系数的热敏电阻进行补偿，
可以抵消由于温度变化所产生的误差
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谢 谢
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2. 热敏电阻的结构
构成：热敏探头、引线、壳体 二端和三端器件： 为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路
获得功率； 四端器件：旁热式
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热敏电阻的结构形式
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3. 热敏电阻的主要参数
⑴ 标称电阻值RH 在环境温度为25±0.2℃时测得 的电阻值，又称冷电阻。其大小取决于热敏电 阻的材料和几何尺寸。
BlnRRT0 T1T10
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若已知两个电阻值以及相应的温度值，就可求得B值。 一般取20℃和100℃时的电阻R20 和R100计算B值， 即将T=373K，T0=293K代入上式，则
B1365l n RR12000
将B值及R0=R20 代入式就确定了热敏电阻的温度特性:
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热敏电阻分类：
正温度系数(PTC) 负温度系数(NTC) 临界温度系数(CTR)
热敏电阻典型特性
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PTC热敏电阻－正温度系数
钛酸钡掺合稀土元素烧结而成 用途：彩电消磁，各种电器设备的过热保护，
发热源的定温控制，限流元件。 CTR热敏电阻－负温度系数
以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化 物的弱还原气氛中混合烧结而成 用途：温度开关。
⑵ 铜热电阻
应 用：测量精度要求不高且温度较低的场合 测量范围：―50～150℃
优 点： 温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提 纯、加工，价格便宜，复制性能好。
缺 点： 易于氧化，一般只用于150℃以下的低温测量和没有水 分及无侵蚀性介质的温度测量。 与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。
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6.2.3 热电阻式传感器的应用
1、金属热电阻传感器
－200～+500℃范围的温度测量 特点：精度高、适于测低温。
2、半导体热敏电阻传感器
应用范围很广，可在宇宙航船、医学、工业及家用电 器等方面用作测温、控温、温度补偿、流速测量、液 面指示等。
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1、金属热电阻传感器
现逐渐使用能大幅度改善上述缺点的极细型铠 装铂测温电阻，因而使应用领域进一步扩大。
主要应用：钢铁、石油化工的各种工艺过程； 纤维等工业的热处理工艺；食品工业的各种自 动装置；空调、冷冻冷藏工业；宇航和航空、 物化设备及恒温槽
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金属丝热电阻作为气体传感器的应用
1—连通玻璃管 2—流通玻璃管 3—铂丝
(T－T0) 时所需的时间。
C/H
⑹ 额定功率PE 在标准压力（750mmHg）和规 定的最高环境温度下，热敏电阻长期连续使用 所允许的耗散功率，单位为W。在实际使用时， 热敏电阻所消耗的功率不得超过额定功率
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4. 热敏电阻的线性化
串联在热敏电阻中的R的最佳值
RRM(RLRH)2RLRH RLRH2RM
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铜电阻的阻值与温度之间的关系为
Rt R0(1t)
关系是线性的
工业上使用的标准化铜热电阻的R0 按国内统一设计取50Ω和100Ω两种， 分度号分别为Cu50和Cu100， 相应的分度表可查阅相关资料。
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2. 热电阻的结构
普 通 工 业 用 热 电 阻 式 温 度 传 感 器
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三线制
工业用热电阻一般采用三线制
G——检流计，R1 ，R2 ，R3——固定电阻， R a——零位调节电阻， R t ——热电阻
热电阻测温电桥的三线制接法来自返回上一页下一页
四线制接法
精密测量中，采用四线制接法
热电阻测温电桥的四线制接法
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铂测温电阻传感器
铂测温电阻缺点：响应速度慢、容易破损、 难于测定狭窄位置的温度。