第5章热电式传感器及应用

图5-5 恒流工作铂 热电阻测温电路
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5.1.1 金属热电阻
(2)．热电阻数字温度计
热电阻数字温度计测温电路如图5-5所示。测温电桥输 出信号经MAX138A/D转换，数字显示。 MAX138A/D转换器与 ICL5106比较，增加了如下功 能： 片内设置有负电源转换器， 因此可以单电源供电； 工作电源电压范围宽 （2.5~5V）； 片内设置有振荡电路。
测温范围和应用： －259.34～630.54℃； 温度基准、标准用。 百度电阻比： W(100)—纯度(100 ℃时的电阻值与0 ℃ 时的电阻值的比值用W(100)表示)； W(100)＝R100 / R0 标准用铂热电阻：W(100)≥1.39256， 纯度99.9995％； 精度：0.001℃～0.0001℃ 工业用热电阻要求：W(100)=1.387-1.390， 精度：200℃～0℃，1℃； 0℃～100℃，0.5℃； 100℃～650℃，(0.5％)t
图5－5 热电阻数字温度计电路 第15页
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5.1.1 金属热电阻
差动输出传感器信号适宜与MAX138等A/D转换连接，实现 数字测量。MAX138、ICL5106、ICL5105等A/D转换器的转 换精度是三位半，与二进制 10位A/D转换器的转换精 度相当。 线性化测温电路如图 5-10所示。
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5.1.1 金属热电阻
(2).铜热电阻（WZC）(测量精度不太高，测量范围不大的情 况，用铜热电阻来代替铂热电阻)
结构材料：Cu丝绕制，＝(4.25～4.28) ×10-3 / ℃(铜电阻温度
＝ 0.015×10-6 Ω· m； 测温范围和应用：50℃～100℃，工业用温度计； 百度电阻比：W(100)≥1.425， 精度：50℃～50℃，0.5℃， 50℃～100℃，(1％)t 电阻－温度特性：Rt=R0 (1 + t )，在测温范围内线性。 分度号：Cu100，Cu50，等。 分度表：见附表 另外，铁、镍材料也可制作热电阻温度计。
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5.1.1 金属热电阻
图5－3 热电阻测温电桥的四线连接法
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5.1.1 金属热电阻
3 热电阻的应用
(1)．铂热电阻测温
恒压工作的铂热电阻测温电路如图5-4（a）所示。 热电阻选用TRRA1023B(Pt1000)，R0＝1000Ω ； 传感器工作电压UB＝10V＋e1。 测温电桥输出：
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系数)
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5.1.1 金属热电阻
2 热电阻测量线路
直流电桥线路，主要考虑其引线电阻和接触电阻影响 (热电阻阻值小，导线电阻值将带来不可忽视的测量误差)， 常采用三线接法和四线接法。如图5-2、图5-3所示。 其次考虑工作电流的热效应影响，工作电流<10mA。
图5－2 热电阻测温电桥的三线连接法 第10页
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第5章 热电式传感器及其应用
温度 电信号（电阻、电压、电流等）
热电阻 热电式传感器分 PN结型热电式传感器 热电偶
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5.1 热电阻 5.1.1 金属热电阻 5.1.2 半导体热敏电阻 5.2 p-n结型温度传感器 5.3 热电偶 5.3.1 热电偶的工作原理 5.3.2 热电偶的基本定律 5.3.3 热电偶的种类和结构 5.3.4 热电偶的冷端补偿及处理 5.3.5 热电偶热电势测量及其误差分析 5.3.6 热电偶测温实例 5.7 热电传感器的应用
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5.1 热电阻
温度 电阻
热电阻： 金属热电阻（铂热阻、铜热阻等） 半导体热敏电阻（PTC、NTC、CTR） 热电阻效应：物质的电阻率随温度变化的现象

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5.1.1 金属热电阻
1 原理、结构和材料
原理：电阻－温度效应—大多数金属导体的电阻 都随温度而变化。电阻-温度特性方程： Rt=R0 (1 + t +t2 + … ) （5-1） 热电阻感温元件—纯金属材料，其性能要求： 大则灵敏度高； 理化性能稳定； 恒定，以保证线性关系； 大，体积尺寸小； 复现性好。
U out R1R U B A2 ( R1 R0 R)(R1 R0 )
可得10mV/℃的电压灵敏度。
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5.1.1 金属热电阻
图5－4 恒压工作铂 热电阻测温电路 （a）测温电路； （b）直流/交流变换器电路
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5.1.1 金属热电阻
恒流工作的铂热电阻测温电路如图5-5所示。传感器 的工作电流约为1mA，此时传感器的灵敏度约为3mV/℃， 一般运放都可选用。
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5.1.1 金属热电阻
电阻—温度关系：
Rt=R0 (1+At+Bt2 ) 0℃≤t≤650℃ Rt=R0 (1+At+Bt2 +C(t100)t3 ) 200℃≤t≤0℃ 其中A、B、C与W(100)有关，见附表（书后）。 在测温范围不大时，基本线性。 分度号：工业用标准铂热电阻的阻值 Pt100， （R0=100Ω）； Pt50， （R0=50Ω）； Pt1000，（R0=1000Ω）；（R0：零摄氏度时的电阻值） 等。 分度表：见附表（书后）。

图5-10 线性化测温电路
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5.1.1 金属热电阻
(3)．A/D转换器比例工作的热电阻温度测量电路 测温电路如图5-11、图5-12所示。
图5-12 铂电阻A/D转换测温电路
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5.1.2 半导体热敏电阻
热敏电阻的类型(利用电阻率随温度变化特性的不同）
PTC (正温度系数热敏电阻) ， 温度控制，限流元件； NTC (负温度系数热敏电阻) ， 温度测量，补偿元件； CTR(在某一特定温度下电阻值会发生 突变的临界电阻器)，温度开关元件。 热敏电阻温度曲线如图5-13所示。

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5.1.1 金属热电阻
(1)．铂热电阻（WZP）
结构材料：φ0.02～0.05mm 铂（Pt）丝绕在云母 等绝缘骨架上，装入保护套管，接出引线，铂的电阻 率 ρ＝0.0981×10－6Ω· m ；或箔式结构；薄膜式结构。
图5－1 铂热电阻的结构 第 6页
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5.1.1 金属热电阻