第八章热电式传感器

铂电阻分度表
(2) 铜电阻
优点：价格便宜，在-50～150℃范 围内具有良好的线性，电阻温度系 数比铂高，易于提纯。 缺点：电阻率小，不适合高温和氧化性物质的测量。
在一些测量精度要求不高且温度较低的场合， 可采用铜热电阻进行测温，它的测量范围为-50～ 150℃。
铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系几
图：几种纯金属的电阻 相对变化率与温度变化
间关系
(4) 低温和超低温领域
➢铟电阻：用于低温高精度测量，-269～258℃ ，灵敏度是铂电阻的10倍。缺点是材 料较软，不宜复制
➢锰电阻：-271～-210℃ ，电阻温度系数大，灵 敏度高，受磁场的影响较小。缺点是脆性较大， 拉丝易断。
➢碳电阻：-273～-268.5℃ ，灵敏度高，热容量 小，对磁场不敏感，价格低。缺点是热稳定性较 差。
优点：物理、化学性 能稳定，工作温度范 围宽、电阻率较高， 易于提纯、易于加工、 复制性好 缺点：电阻温度系数较小、在还原性介质中会变脆、 价格高。
(1) 铂电阻 • 测温范围： －200～850℃； • 电阻来自百度文库温度关系：
Rt=R0 (1+At+Bt2 +C(t100)t3 ) 200℃≤t≤0℃
39.2 4
0
50.0 52.1 45.2 56.4 58.5 60.7 62.8 64.9 67.1 69.2 0482604826
100
71.4 0
73.5 4
75.6 8
77.8 3
79.9 8
82.1 3
(3) 铁电阻和镍电阻
铁电阻：-50～150℃ 镍电阻：-50～100℃
这两种金属的电阻温度系 数较高、电阻率较大，故可作 成体积小，灵敏度高的电阻温 度计，其缺点是容易氧化，化 学稳定性差，不易提纯，复制 性差，而且电阻值与温度的线 性关系差。
考虑工作电流的热效应影响，工作电流<10mA。
图8－3 热电阻测温电桥的四线连接法
2、热电偶 先看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A
左端：
测量端
A
工作端
热端
B
热电势
热电极B 右端： 自由端 参考端 冷端
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
2、热电偶
从实验到理论：热电效应 1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属
1、热电阻 2）测量电路
用热电阻传感器进行测温时，测量电路经常采 用电桥电路。 热电阻与检测仪表相隔一段距离，因 此热电阻的引线对测量结果有较大的影响。
热电阻内部引线方式有二线制、三线制和四 线制三种。
电阻体
电阻体
电阻体
二线制
三线制
四线制
1、热电阻 2）测量电路
两线制
Rt
• 这种引线方式简单、费用低，但是引线电阻以 及引线电阻的变化会带来附加误差。
Rt=R0 (1+At+Bt2 )
0℃≤t≤850℃
其中： A=3.940×10-3/℃ B=-5.802×10-7/℃ C=-4.274×10-12/℃
(1) 铂电阻
• 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
组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（ 称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转， 如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的 偏转角反而减小。
显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生 并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的 温差有关。
1）热电效应
➢ 两种不同类型的金属导体，导体两端分别接在一 起构成闭合回路，当两个结点温度不等有温差时， 回路里会产生热电势，形成电流，这种现象称为 热电效应。
• 目前我国规定工业用铂热电
阻有R0=10Ω、R0=100Ω和 图：几种纯金属的电阻相对 R0=300Ω三种，它们的分度 变化率与温度变化间关系
号分别为Pt10、Pt100和Pt300，其中以Pt100为常用。
铂热电阻不同分度号亦有相应分度表，即Rt---T的关
系表，这样在实际测量中，可从分度表上查出阻值与 对应的温度值的关系。
热电阻感温元件—纯金属材料，其性能要求：
• 大则灵敏度高； 恒定，以保证线性关系；
• 物理、化学性能稳定；
• 电阻率大，以便在同样灵敏度下小热电阻体 积，减小热惯性；
• 复现性好（不同测量条件下，其测量结果一致的 程度 ）、容易加工、价格便宜。
(1) 铂电阻
• 结构材料：Ф0.02～0.05mm 铂（Pt）丝绕在云 母等绝缘骨架上，装入保护管，接出引线，铂 的电阻率 ρ＝0.0981×10－6Ω·m 。
• 两线制适于引线不长、测温精度要求较低的场 合。
1、热电阻 2）测量电路
三线制：用于工业测量。 优点是引线电阻的变化不会导致电桥不稳，缺 点是可调电阻Ra的接触电阻可能导致电桥不稳。
图8－2 热电阻测温电桥的三线连接法
1、热电阻 2）测量电路 四线制 ：实验室用，高精度测量 优点：引线电阻和接触电阻的变化均不会导致电桥 不稳。
➢ 利用这种效应，只要知道一端结点温度，就可以 测出另一端结点的温度。
标准用铂热电阻要求：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％) ℃
(1) 铂电阻
• 可见热电阻在温度t时的电阻 值与0℃时的电阻值R0有关。
乎是线性的， Rt=R0（1+αt） α=4.28×10-3/℃
(2) 铜电阻
Cu50(R0=50Ω)和Cu100（R0=100Ω）
铜热电阻的分度表 分度号：Cu50
温 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
度
/℃
电阻/Ω
－0
50.0 0
47.8 5
45.7 0
43.5 5
41.4 0
第八章：热电式传感器
主讲人：贾鹤萍
热电式传感器的定义：热电式传感器是将温 度变化转换为电量变化的装置，它利用敏感元件 的电磁参数随温度变化而变化的特性来达到测量 目的。
热电阻
热电式传感器分 热电偶
热敏电阻
1、热电阻 1）原理、结构和材料
铂、铜、铁和镍等
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 + … )