热电阻温度传感器

2020/4/28
双金属温度计的结 构
可以做成轴向型、 径向型、135º型及万 向型。连接方式有： 可动外螺纹、可动内 螺纹、固定螺纹、固 定法兰、卡套螺纹、 卡套法兰、无固定安 装等连接
图3-5 带表头的双金属温度计 的结构
2020/4/28
工业 恒温
器
高温 双金
属
双金属温度计的结 构
手动复 位双金属
2020/4/28
普通铂电 阻传感器
Pt100/ Pt100 0
2020/4/28
端面热电阻元件 由特殊处理的丝材绕 制，能更正确和迅速地 反映被测端面的实际温 度，适用于测量轴瓦或 其他机件的端面温度
活动卡套 探杆式热电 阻温度传感 器
食品用探针 型高温铂电阻 传感器
2020/4/28
点钞 机用高 精度微 型铂电 阻传感 器
3.2 膨胀式温度 计
工作原理——利用物体受热体积膨胀的原理而制成的，多用于 现场测量及显示。
分类——按选用的物质不同，可分为液体膨胀式温度计、固体 膨胀式温度计、气体膨胀式温度计3种类型。
测温范围——膨胀式温度计可以测量-200～700℃范围的温度 。在机械热处理测温中，常用于测量碱槽、油槽、法兰槽、淬 火槽及低温干燥箱的温度，也广泛用于测量设备、管道和容器 的温度。
分度表，即Rt – t 的关 系
2020/4/28
2020/4/28
2. 铜热电阻的电阻-温度 特性
由于铂是贵金属，在测量精度要求不高，温度范围在50150℃时普遍采用铜电阻。
铜电阻与温度间的关系为： Rt=R0(1+a1t+a2t2+a3t3) 由于a2,a3比a1小得多，所以可以简化为：Rt≈R0 (1+a1t)
式中，Rt是温度为t℃时铜电阻值；R0是温度为0℃时铜电 阻值；a1是常数；a1=4.28*10-3℃-1 铜电阻的R0常取100Ω、50Ω两种，分度号为Cu100、Cu50 。
2020/4/28
2020/4/28
铜热电阻的电阻-特点
特点：铜易于提纯，价格低廉，电阻--温度特性 线性较好。但电阻率仅为铂的几分之一。因此，铜电 阻所用阻丝细而且长，机械强度较差，热惯性较大， 在温度高于100℃以上或腐蚀性介质中使用时，易氧 化，稳定性较差。因此，只能用于低温及无腐蚀性的 介质中。
2020/4/28
3.1 温标及温度的测量方 法
温度——表征 物体冷热程度的 物理量，是物体 内部分子无规则 剧烈运动程度的 标志,分子运动 越剧烈，温度就 越高。
2020/4/28
勇于开始，才能找到成 功的路
资料
温标
3.1.1 温 标
用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起 点（零点）和测量温度的基本单位。 华氏温标（℉）——在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点 为212度，中间划分180等分，每等分为华氏1度，符号为F 摄氏温标(℃)——在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸 点为100度，中间划分100等分，每等分为摄氏1度，符号为t 热力学温标（K）——规定分子运动停止时的温度为绝对零度（ 0K），符号为T。热力学温标的零点—绝对零度，是宇宙低温的极 限，宇宙间一切物体的温度可以无限地接近绝对零度但不能达到 绝对零度（如宇宙空间的温度为0.2K）
主要材料—— 铂和铜。
图 3-9 金属热电阻传感器测量示意图
2020/4/28
1. 铂热电阻的电阻-温度特
性
铂电阻的特点是测温精度高，稳定性好，所以在温度传感器中得到了 广泛应用。
铂电阻的测量范围为 -200～850℃。 在-200 ～ 0 ℃的温度范围内为：Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3(t-100)] 在 0 ～ 850℃的温度范围内为： Rt=R0(1+At+Bt2)
非接触式——利用物体表面的热辐射强度与温度的关系来 测量温度的。通过测量一定距离处被测物体发出的热辐射强 度来确定被测物的温度。常见的非接触式测温传感器有：辐 射高温计、光学高温计、比色高温计、热红外辐射温度传感 器等。
2020/4/28
接触测量
2020/4/28
红外线测温
非接触测量
2020/4/28
水银温度计——大多用于液体、气体及粉状固体温度的测 量，测温范围为-30℃～+300℃
酒精温度计——量度范围约为-114℃～78℃
煤油温度计——量度范围约为-30℃～150℃。 平常看到装有红色工作 物质的温度计，温度计的 刻度在100℃以下，一般 都是煤油温度计，而不是 酒精温度计。
2020/4/28
称为金属热电阻传感器，简称热电阻传感器
类
由半导体材料制成的测温元件称为热敏电阻
2020/4/28
3.3.1 金属热电阻传感 器
工作原理—— 利用金属导体的电阻值随温度的变化而变化的原
理
测温范围—— -22进0行85测0℃温范的围。内的温度，少数情况下，低温可
测量至1K（-272℃），高温可测量至1000℃。
双金属 基本系
列
图3-5b）其他双金属系列
2020/4/28
双金属温度传感器常用于恒 温箱、加热炉、电饭锅（电饭
煲）、电熨斗等温度控制
图3-6 双金属温度传感器用于控制温度示意图
2020/4/28
图中的感温磁钢是用感温磁性材料制成的温控元件，它的磁导率随本身温度的 变化而呈非线形变化。在锅内温度小于100℃时，感温磁钢具有磁性，而与永久 磁铁吸合，电流通过加热器加热。当锅内温度超过感温磁钢的居里点 (103±2℃)时，感温磁钢失去磁性，结果因永磁体的重力及弹簧的作用力下， 导致开关触点分离，电路断开，加热器停止加热，指示灯熄灭，表明锅内米饭 已煮熟。
2020/4/28
3.2.3 气体膨胀式温度 计
气体膨胀式温度计是基于 密封在容器中的气体和液体 受热后体积膨胀，压力随温 度变化而变化的原理测温的 ，所以该温度计又称为压力 式温度计。
当温包受热后，其内部的工 作介质温度升高，体积膨胀， 压力增大，此压力经毛细管传 到弹簧管内，使弹簧管产生变 形，并由传动机构带动指针偏 转，指示相应的温度值。
2020/4/28
图3-8 气体膨胀式温度计
气体膨胀式温度计根据填充物的不同（氮气、氯甲烷 、水银），可分为气体压力式温度计、蒸汽压力式温度 计和液体压力式温度计。 测温范围为-100℃～+700℃。 主要用于远距离设备的气体、液体、蒸汽的温度测量 ，也能用于温度控制和有爆炸危险场所的温度测量。
2020/4/28
冰箱冰柜用低温型铂电阻温度传感器 中央空调机组供热/制冷管道测温和控制，冰 箱冰柜、轴瓦、缸体，油管，水管，汽管，纺机 ，平面设备，空调，热水器，体温计等狭小空间 工业设备测温和控制，中央空调分户热能计量和 工业领域测温控制，大气环境监测、工业过程控 制、测量仪表等。
适合土壤探测、医疗实验、物 料仓储、食品加工、冷库冷藏等 需要深入刺进物体、食品、水果 包装内部测量温度的现场和环境
热电阻温度传感器
2020年4月28日星期二
主讲：电子工程学院 张玉莲
*
主要内容
3.1 温标及温度的测量方法 3.2 膨胀式温度计 3.3 电阻式温度传感器 3.4 热电偶温度传感器 3.5 集成温度传感器 3.6 辐射式温度传感器
*
主讲：电子工程学院 张玉莲
*
学习目的
掌握温度的概念 熟悉温标的概念，常用温标的种类 掌握温度的测量方法及特点 熟悉膨胀式温度计的种类 掌握各种膨胀式温度计的工作原理 了解膨胀式温度计测温范围
温度
感温元件
转换电路
温度显示
图3-1 温度传感器的组成框图
2020/4/28
温度的测量方法
接触式——感温元件与被测对象接触，彼此进行热量交换 ，使感温元件与被测对象处于同一环境温度下，感温元件感 受到的冷热变化即是被测对象的温度。常用的接触式测温的 温度传感器主要有热膨胀式温度传感器、热电偶、热电阻、 热敏电阻、半导体温度传感器等
够高的条件下，电流几乎不流过电压表，
这样就可以精确测量未知电阻上的压降，
计算得出电阻值。
图3-12 两线制测量
三种温标的换算关系为
2020/4/28
几种温标比较
2020/4/28
3.1.2 温度的测量方法
温度不能直接测量，需要借助于某种物体的物理参数 随温度冷热不同而明显变化的特性进行间接测量。
温度传感器就是通过测量某些物理量参数随温度的变 化而间接测量温度的。
温度传感器是由温度敏感元件（感温元件）和转换电 路组成的，如图3-1所示。
体积热膨胀式温度传感 器
2020/4/28
*
学习要点
掌握电阻式温度传感器工作原理 熟悉电阻式温度传感器的种类 掌握铂、铜金属热电阻传感器的电阻温度特性 熟悉热电阻传感器的测量电路 掌握半导体热敏电阻的分类及应用
2020/4/28
3.3 电阻式温度传感器
电阻式温度传感器是利用导体或半导体材料的电阻值随 温度变化而变化的原理来测量温度的，即材料的电阻率 随温度的变化而变化，这种现象称为热电阻效应。
4.热电阻传感器的测量电
路
热电阻传当感测器量外电接阻引数线值如很果小较时长，时测，试引线线的电电阻阻的变化使测量结果有较 大误差可 测，能试为引线减提入小供明误显恒差误定，差电可，流采，四用另线三测两线量条制用测电两试桥线条连附测接加量法测量电路或四线恒流
源测量未电知路电。阻的电压降，在电压表输入阻抗足
a) 铂电阻元件-陶瓷型 b) 铂电阻元件-薄膜型
c) 薄膜型温度探测器（不干胶板）
d) 带柔性引线的铂电阻温度探测器
图 3-10 常见铂热电阻传感器元件及外形结构
2020/4/28
e) 铠装铂电阻电阻温度探测器
f) 外用/冷藏温度传感器器
图 3-10 常见铂热电阻传感器元件及外形结构
2020/4/28
内锅
温度到达105度时
加热盘
煮饭 按钮
微动开关
磁钢盒 磁钢杠杆
220v
图3-7 双金属控制电饭锅温度
2020/4/28
图3-7 双金属控制电饭锅温度
随着饭温的下降，当低于65℃时，双金属恒温器的常闭触点自动复位 闭合，于是加热器又通电工作，锅内的饭又开始升温；但当高于65℃ 时，该触点又断开。如此循环，就使锅内的米饭温度始终保持在65℃ 上下。
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。
2020/4/28
3.3 电阻式温度传感 器
由金属导体铂、铜、镍等制成的测温元件
分
2020/4/28
3.热电阻传感器的结 构
电阻体由电阻丝和电阻 支架组成。由于铂的电阻 率大，而且相对机械强度 较大，通常铂wk.baidu.com直径在 0.03～（0.07mm±0.005） mm之间，可单层绕制，电 阻体可做得很小。
由于铜电阻测量的温度低，一般多用 双绕法，即先将铜丝对折，两根丝平行 绕制，两个端头处于支架的同一端，这 样工作电流从一根热电阻丝进入，从另 一根丝反向出来，形成两个电流方向相 反的线圈，其磁场方向相反，产生的电 感就互相抵消，故又称无感绕法。这种 双绕法也有利于引线的引出。
特点——这种温度计结构简单，制造和使用方便，价格低，但 外壳薄脆、易损坏，大部分不适于远距离测温，必须接触测量 。
2020/4/28
玻璃液体温度计
3.2.1 玻璃液体温度 计
将酒精、水银、煤油等液体充入到透明有刻度的玻璃吸管中，两 端密封，就制成玻璃液体温度计。它是利用玻璃感温泡内的液体
受热体积膨胀与玻璃体积膨胀之差来测量温度的。
3.2.2 固体膨胀式温度 计
工作原理——利用膨胀系数不同的两种金属材料牢固地粘贴在一起制 成的。典型的固体膨胀式温度计是双金属温度传感器，如图3-3所示。
图3-3 双金属片工作原理
图3-4 双金属温度计
双金属温度计测温范围为-100℃～+600℃，探头长度可以达到1米长， 可用于测量液体、蒸汽及气体介质温度。 特点：现场显示温度，直观方便，抗震性能好，结构简单，牢固可 靠，使用寿命长，但精度不高。
式中Rt和R0分别为t℃和0℃时的铂电阻勇功于的值开路；始A，、才B、能找和到C为成常数，其数 值为
A = 3.9684*10-3/℃ B = - 5.847*10-7/℃ C = - 4.22*10-12/℃
分度号分别为Pt10、 Pt50、Pt100，其中 Pt100最常用。铂热电阻
不同分度号对应有相应