第二章电阻传感器第二讲气敏与湿敏传感器

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授课班级09D电气1、电气2 授课日期

课节 2 课堂类型讲授

课题第二章电阻式传感器第二讲第三节测温热传感器

第四节气敏与湿敏传感器

教学目的与要求【知识目标】1、理解测温热传感器的工作特性及应用、掌握测量转换电路2、理解气敏与湿敏电阻的工作特性与应用

【能力目标】提高并培养学生实际仪表接线技能及理论联系实际的能力。

【职业目标】通过学生二线、三线、四线接线培养学生爱岗敬业的情感目标。

重点难点重点：掌握测温热传感器的测量转换电路难点：三线制测量转换电路

教具教学辅助活动教具：铂热电阻、气敏、湿敏传感器实物、多媒体课件、习题册

教学辅助活动：提问、学生讨论

一节教学过程安排复习

1、电位器式传感器的测量原理、转换电路、

应用

2、应变片的工作原理及应变片特性

3、单臂半桥、双臂半桥、四臂全桥的输出电

压及优点

4、举例说明应变式电阻传感器的应用

5分钟讲课

1、测温热电阻原理、二线、三线、四线测量

转换电路的特点，重点掌握三线制仪表的特点

及应用

2、气敏电阻及湿敏电阻原理、测量转换电路

及应用。掌握选用不同类型气敏电阻的方法。

70分钟小结

1、小结见内页之后

2、利用10分钟时间与学生互动答疑

13分钟作业

习题册第二章温热、气敏、湿敏传感器

习题

2分钟

任课教师：叶睿2011年1月18日审查教师签字：年月日

教案附页

【复习提问】

上节课知识点：

1、电位器式传感器的测量原理、转换电路、应用

2、应变片的工作原理及应变片特性

3、单臂半桥、双臂半桥、四臂全桥的输出电压及优点

4、举例说明应变式电阻传感器的应用

第二节测温热传感器【新课导入】

测量温度的方法有很多：本课程主要学习热电阻以及热电偶测量温度，热电偶传感器将在第九章学习到，本次课学习测温热电阻传感器。

热电阻在工业上被广泛用来测量–200～+9600C范围内的温度。

热电阻分为金属热电阻和半导体热电阻。前者仍简称热电阻，后者的灵敏度比前者高十倍以上，又称为热敏电阻。

【本节内容设计】

通过测量温度的方法学习测温热传感器的工作特性、测量转换电路以及测温热传感器的应用。

【授课内容】

一、金属热电阻

1、测量原理

热电阻利用电阻随温度的升高而增大的特性。需要电阻温度系数大、线性好、性能稳定、测量温度范围宽、价格容易。目前工业常用铜热电阻–50～+1500C 、铂热电阻–200～+9600C。

正温度系数：温度升高，电阻增大。用PTC表示。

负温度系数：温度升高，电阻减小。用NTC表示。

测温热电阻利用正温度系数的电阻制成。

实验说明：

取一只 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484Ω。2、热电阻的主要技术性能指标比较：

表2-2 热电阻的主要技术性能

材料铂（WZP）铜（WZC）

使用温度范围/℃-200～+960 -50～+150

电阻率/（Ω⋅m⨯10-6）0.098～0.106 0.017

0～100℃间电阻

温度系数α（平均

值）/℃-1

0.00385 0.00428

化学稳定性

在氧化性介质中较稳

定，不能在还原性介质中

超过100℃易氧化

使用，尤其在高温情况下

特性

特性近于线性、性能稳

定、准确度高

线性较好、价格低廉、

体积大

应用

适于较高温度的测量，

可作标准测温装置

适于测量低温、无水分、

无腐蚀性介质的温度

ITS-90标准：国内统一设计的工业用铂热电阻在0℃时的阻值R0值有25Ω、100Ω等，分度号分别用Pt25、Pt100等表示。薄膜型铂热电阻有100Ω、1000Ω等数种。

3、热电阻的外形—见课件

4、学习查热电阻分度表：

热电阻的阻值R t与t之间并不完全呈线性关系。因此必须每隔一度测出铂热电阻和铜热电阻在规定的测温范围内的R t与t之间的对应电阻值，并列成表格，如附录F。（见教材P310）

课堂提问：检查分度表的使用情况

（1）为什么Cu50的分度表格数比Pt的分度表少很多？

（2）查附录C，铂热电阻在0℃时的阻值为_____Ω，与型号有何关系？100℃时的阻值为_____Ω，200℃时的阻值为_____Ω，说明该Pt100是否线性？在理想线性的情况下，200℃时的阻值应为_____Ω。

5、热电阻的测量转换电路：

二线制电桥测量电路的缺点：（1）引线的电阻将使原来已调好平衡的电桥失去了平衡，需重新调零。

（2）在测量过程中，气温升高时，引线电缆受环境温度影响，铜质电

缆线的电阻与热电阻一样，阻值也会升高，叠加在Rt的变化上，引起测量误差，且无法纠正。

四线制电桥测量电路的缺点：（1）由于输出电压是直接从R t两端引出的，所以激励电流I i在r1a、r1b上的压降就不被包括到U o中，因此可以克服引线电阻的影响。

（2）四线制测量电路的缺点是：A/D转换器得到的电压中，本底电压U o0所占比例较大，而反映温度变化的ΔU o相对较小，降低了系统的分辨力。

三线制电桥测量电路的特点：

（1）三芯屏蔽线的作用：热电阻R t用三根导线①、②、③引至测温电桥。其中两根引线的内阻（r1、r4）分别串入测量电桥相邻两臂的R1、R4上，引线的长度变化不影响电桥的平衡，所以可以避免因连接导线电阻受环境影响而引起的测量误差。r i与激励源E i串联，不影响电桥的平衡，可通过调节R P2来微调电桥的满量程输出电压。减小环境电、磁场的干扰（2）电桥的调零电路作用

为了尽量减小误差，提高灵敏度，我们取R2＝R3＝R4等于R 1的初始值（100Ω）。由于元件的误差等原因，安装完成的电桥仍存在微小的不平衡，因此必须在电桥中加入一个调零电位器。RP1的阻值：应大于桥臂电阻的50倍以上（例如10kΩ），以免影响电桥的线性度和灵敏度。

（3）减法差动放大电路：只对b、d两点的输入电压之差U o1＝Ud－Ub才有放大作用，叠加在Ud、Ub上的对地共模电压将自动抵消，基本不会在放大器的输出电压U o2中反映出来。放大倍数：K＝R f /R 11。选择低温漂运算放大器OP-07，它的共模抑制比可达80dB以上。（4）C f、C2容量对电路的影响：数值越大，对交流干扰的滤波效果越好，但放大器的响应速度就越慢

难点突破：两线制、三线制、四线制仪表的连接以及特点是本次课的重点也是难点，教师配合课件重点讲解。

二、热敏电阻

1.热敏电阻的类型及特性

热敏电阻（Thermistor）按其温度系数可分为负温度系数热敏电阻（NTC）和正温度系数热敏电阻（PTC）两大类。

正温度系数：电阻的变化趋势与温度的变化趋势相同。

负温度系数：当温度上升时，电阻值反而下降。

NTC的电阻值与温度之间的负指数关系：图2-15中的曲线2，关系式为：

突变型：又称临界温度型（CTR）。当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降，可用于各种电子电路中抑制浪涌电流。