热电阻传感器

2 3 ℃时 R t R0 1 At Bt Ct t 100
2
当 0 t 850 ℃ 时 R t R0 1 At Bt Rt为温度为t时的电阻值; R0为温度为0时的电阻值;A、 B 、 C 为 常 数 ,A=3.96847X10-3℃-1 ； B=-5.847X10-7 ℃-2; C=-4.22X10-12 ℃-4。
RT B ln R 0
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1 1 T T 0
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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
R20 B 1365l n R 100
RT R0 e
1 1 B T T 0
R0 e
1 1 B 273 t 273 t 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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热电阻的结构
普 通 工 业 用 热 电 阻 式 温 度 传 感 器
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1） 常用热电阻
• ⑴ 铂热电阻
• 铂电阻(IEC)的电阻率较大，电阻—温度关系呈非线性，测温范围广， 精度高，且材料易提纯，复现性好；物理、化学性质都很稳定。
• 因此主要用来作为复现温标的基准器
当 200 t 0
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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，
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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。
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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。
热 敏 电 阻 流 量 计
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源自文库
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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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(4) 温度控制
简 易 温 度 控 制 器
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薄膜型及普通型铂热电阻
小型铂热电阻
定义：热敏电阻是一种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 方比例烧结的敏感元件。 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、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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（2）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。
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
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。


E是电池，电池的电压会随着使用的时间慢慢 降低的，电压低了测出来的温度会变小，1档 的位置电阻R4是正常时的满量程标准电阻， 这时只要调整R6使得量程打满，仪表就校准 了，此时不受电池电压的影响，仪表是准确的， 切换到2档就能正常测量了。 注意，每次测量前都要校准的！
⑵流量测量
利用热敏电阻上的热量消耗和介质流速的关系可以测 量流量、流速、风速等

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铜电阻的阻值与温度之间的关系为：
当
50 t 150
℃时，
Rt=R0(1+at)
Rt温度为t时的电阻值;R0为温度0℃时的电阻 值;a为温度为0℃时的电阻温度系数。
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铂热电阻结构示意图
铜热电阻结构示意图
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铜热电阻
2.3.2 半导体热敏电阻
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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
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G为指示电表，R1、R2、R3为固定电阻， Ra为零位 调节电阻。热电阻都通过电阻分别为r1、r3、r3的 三根导线和电桥连接，r2、r3分别接在相邻的两 臂，当温度变化时，只要它们的长度和电阻温度 系数相同，它们的电阻变化就不会影响电桥的状 态，即不会产生温度误差。 电桥在零位调整时，应使R4＝Ra＋Rt0为电阻在参 考温度（如0℃）时的电阻值。三线连接法的缺点 之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连， 可能导致电桥的零点不稳。
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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。 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。 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 (T－T0) 时所需的 时间。
G ( H / ) 100
C / H750mmHg）和规定的最高 ⑹ 额定功率PE 在标准压力（ 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
R RM ( RL RH ) 2 RL RH RL RH 2 RM
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2.3.3 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
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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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
1）电阻与温度变化具有良好的线性关系； 2）电阻温度系数大，便于精确测量，（以提高热电阻的灵敏 度）； 3）电阻率高，热容量小，反应速度快。 4）在测量范围内具有稳定的物理和化学性能； 5）应有良好的可加工性，且价格便宜。
使用最广泛的热电阻材料是铂和铜，低温测量中是常用铟、锰、 碳等制成的热电阻。
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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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2、半导体热敏电阻传感器
⑴ 温度测量
⑵ 流量测量
⑶ 温度补偿
⑷ 温度控制
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⑴ 温度测量
热敏电阻点温计
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使用时先将切换开关S连到1处用以校正电路， 调节R6使显示仪表的指针转至测量上限，用 以消除由于电源E电压变化产生的误差。当热 敏电阻传感器插入被测介质后，再将s切换至2 处，接通测量电路，此时显示值即为被测温度 值。
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 2 RT dT T
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。
防爆型铂热电阻
汽车用水温传感器及水温表
铜热电阻
铂电阻温度显示、变送器
2.3 热电阻式传感器

2.3.1 (金属)热电阻 2.3.2 (半导体)热敏电阻

2.3.3 热电阻式传感器的应用
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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484 。
2.3.1 金属热电阻
热电阻＝电阻体（最主要部分）＋绝缘套管＋接线盒 作为热电阻的材料要求（特征）：