第三章温度传感器

Pt100铂热电阻
Pt100铂热电阻
第三章温度传感器
薄片热电阻
第三章温度传感器
n铠装铂电阻作为一种温度传 感器，它比装配式铂电阻直径 小，易弯曲，适宜安装在管道 狭窄和要求快速反应、微型化 等特殊场合。其可对 -200~600℃温度范围内的气体 、液体介质和固体表面进行自 动检测。
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第3章 温度传感器
技能目标
能熟练使用热电偶传感器进行温度测量
学
能熟练使用热电阻传感器进行温度测量 能熟练使用热电阻传感器进行温度测量
习
知识目标
目
掌握热电偶的工作原理、常用的两个基本定律 熟悉工业热电偶的种类和几种常用热电偶的特性
标
掌握热电偶温度补偿原理及常用补偿方法
掌握常用铂、铜热电阻的特性和热电阻传感器的三线制接法
发现汞的电阻降为 零。昂内斯将这种 现象称为物质的超 导性。后来昂内斯 和其他科学家陆续 发现了其他一些金 属也是超导体。昂 内斯因为这项重大 发现而获得1913年 的诺贝尔物理学奖。
超导磁悬浮
补充知识：热力学温度 1、定义：热力学温标表示的温度叫热力学温度。它是国 际制单位中七个标准物理量之一。 2、符号：T 3、单位：开尔文，简称开，符号K 4、摄氏温度与热力学温度之间的关系：T=t+273K
度的函数。但在一定的温度范围内，可近似地看做一个
常数。不同的金属导体，保持常数所对应的温度范围不
同。
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对于测温用的金属导体，需要具备如下特性：
（1）电阻温度系数越大，测量结果精确度越高； （2）在测温范围内，电阻值与温度变化之间应具有良好 的线性关系； （3）在测温范围内，材料应具有良好的物理稳定性和化 学稳定性； （4）热电阻电阻率要高，以便减小热电阻的体积； （5）材料质量要纯，容易加工复制，价格便宜。
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3.2.1 热电阻的基本特性
热阻效应——导体的电阻率随温度变化而变化的物理现 象。
大多数金属导体的电阻都具有随温度变化的特性。其 特性方程式如下
Rt=R0[1+(t t0)]
热电阻在t℃ 时的阻值
热电阻在0℃ 时的阻值
热电阻的电阻 温度系数
对于绝大多数金属导体，并不是一个常数，而是温
熟悉半导体热敏电阻的特性及典型应用
了解红外传感器测温知识
3.2 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 进行测温。
➢ 测温范围—— -200500℃范围内的温度，目前已扩展到15K(-272.15 至-268.15 ℃)的超
低温领域。同时在10001200 ℃温度范围内也有足够好的特性。 ➢主要材料—— 铂和铜。
Rt=R0(1+t)
铜电阻分度号：Cu50、Cu100
➢特点：铜易于提纯，价格低廉，电阻--温度特性线性较好。但机械强度 较差，电阻率仅为铂的几分之一，热惯性较大，在温度高于150℃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。
3．其他热电阻
（1）铟电阻
它是一种高精度低温热电阻。铟的熔点约为150℃， 在4.2～15K温度域内其灵敏度比铂的高10倍，故可用于 不能使用铂的低温范围。其缺点是材料很软，复制性很 差。
Rt=R0[1+At+Bt2+C(t 100)t3]
A、B、C为常数； Rt ——温度为t时的电阻值； R0 ——温度为0℃时电阻值；
铂电阻分度号：Pt100、Pt10、Pt100应用较 广泛，其分度表见表3-7。
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2．铜电阻
当测量精度要求不高，温度范围 在 50～150℃的场合，普遍采用铜电阻。 铜电阻阻值与温度呈线性关系，可用下式表 示
（2）锰电阻
在2～63K的低温范围内，锰电阻的阻值随温度变化 很大，灵敏度高；在2～16K的温度范围内，电阻率随温 度平方变化。磁场对锰电阻的影响不大，且有规律。锰 电阻的缺点是脆性很大，难以控制成丝。
3.2.3 热电阻传感器的结构
•电阻体由电阻丝、引出线、骨架等组成。由于铂的电阻率大，而且 相对机械强度较大，通常铂丝直径在0.05～0.07mm之间，可单层绕 制，电阻体可做得很小。 •铜的机械强度较低，电阻丝的直径较大，一般为0.1 mm的漆包铜 线或丝包线分层绕在骨架上，并涂上绝缘漆而成。
W(100)越高，表示铂丝纯度越高。作为基准器的铂电阻，纯度已 达到W(100)=1.3930，对应的纯度为99.9995%。普通工业用铂电阻纯度 W(100)为1.387～1.390。
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铂丝的电阻值与温度之间的关系：
在0～850℃范围内时：
Rt=R0(1+At+Bt2)
在 200～0℃范围内时：
Rt
显示 仪表
金属热第电三章阻温传度感传器感测器量示意图
测温热电阻可分为金属和半导体两大类。
金属热电阻的正温度系数 温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而 使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大， 宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加，称其为正温 度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。
金属丝电阻随温度增高而变大的演示
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5、说明： ①摄氏温标的单位℃是温度的常用单位，但不是国
际制单位，温度的国际制单位是开尔文（符号为K）， 在各种热力学计算中，要将温度单位转换为开尔文。
②由T=t+273K可知，温度变化1℃与温度变化1K的 变化量是等同的，但物体所处的状态为1 ℃和1K是相隔 甚远的。
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3.2.2. 热电阻的分类
1．铂热电阻 铂的物理、化学性能非常稳定，是目前制造热电阻的最好材料。
铂热电阻测量精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，但在测 温范围内具有一定的非线性。铂电阻可作为标准电阻温度计，是目前 测温复现性最好的一种温度计。
铂的纯度用W(100)表示，即： W(100)=R100/R0
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。请说明钨丝的温度系数的正 负。
RU2 2202 484 P 100
超导现象
1911年，荷兰物理学家昂内斯（Kamerlingh Onnes）在用液氦将汞的温度降到4.2K时，