《熱電式傳感器》ppt課件

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1、第7章熱電式傳感器熱電偶傳感器1.2第7章熱電式傳感器熱電阻傳感器7.17.2熱電式傳感器的應(yīng)用7.34.4第7章熱電式傳感器熱電式傳感器是利用轉(zhuǎn)換元件電磁參量隨溫度變化的特性，對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測(cè)的裝置。其中將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的稱為熱電阻傳感器；將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢(shì)變化的稱為熱電偶傳感器。熱電阻傳感器可分為金屬熱電阻式和半導(dǎo)體熱電阻式兩大類，前者簡(jiǎn)稱熱電阻，后者簡(jiǎn)稱熱敏電阻。第一節(jié)熱電阻傳感器第7章熱電式傳感器一.熱電阻1.熱電阻材料的特點(diǎn)熱電阻材料必須具有以下特點(diǎn)：(1).高溫度系數(shù)、高電阻率。這樣在同樣條件下可加快反應(yīng)速度，提高靈敏度，減小體積和重量。(2)

2、.化學(xué)、物理性能穩(wěn)定。以保證在使用溫度范圍內(nèi)熱電阻的測(cè)量準(zhǔn)確性。(3).良好的輸出特性。即必須有線性的或者接近線性的輸出。(4).良好的工藝性，以便于批量生產(chǎn)、降低成本。適宜制作熱電阻的材料有鉑、銅、鎳、鐵等。第7章熱電式傳感器2.鉑、銅熱電阻的特性鉑、銅為應(yīng)用最廣的熱電阻材料。雖然鐵、鎳的溫度系數(shù)和電阻率均比鉑、銅要高，但由于存在著不易提純和非線性嚴(yán)重的缺點(diǎn)，因而用得不多。鉑容易提純，在高溫和氧化性介質(zhì)中化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，制成的鉑電阻輸出－輸入特性接近線性，測(cè)量精度高。第7章熱電式傳感器鉑電阻阻值與溫度變化之間的關(guān)系可以近似用下式表示：在0～660℃溫度范圍內(nèi)(7-1)在-190～0℃

3、溫度范圍內(nèi)(7-2)式中R0、Rt——分別為0℃和t℃的電阻值；A——常數(shù)(3.96847×10-3/℃)；B——常數(shù)(-5.847×10-7/℃2)；C——常數(shù)(-4.22×10-12/℃3)。第7章熱電式傳感器銅在-50～150℃范圍內(nèi)銅電阻化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，輸出－輸入特性接近線性，價(jià)格低廉。銅電阻阻值與溫度變化之間的關(guān)系可近似表示為：(7-3)式中A——常量(4.28899×10-3/℃)；B——常量(-2.133×10-7/℃2)；C——常量(1.233×10-9/℃3)。當(dāng)溫度高于100℃時(shí)易被氧化，因此適用于溫度較低和沒有浸蝕性的介質(zhì)中工作。第7章熱電式傳感器3.其他熱

4、電阻⑴.銦電阻適宜在-269～-258℃溫度范圍內(nèi)使用，測(cè)溫精度高，靈敏度是鉑電阻的10倍，但是復(fù)現(xiàn)性差。⑵.錳電阻適宜在-271～-210℃溫度范圍內(nèi)使用，靈敏度高，但是質(zhì)脆易損壞。⑶.碳電阻適宜在-273～-268.5℃溫度范圍內(nèi)使用，熱容量小，靈敏度高，價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)便，但是熱穩(wěn)定性較差。第7章熱電式傳感器二．熱敏電阻1.熱敏電阻的特點(diǎn)熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的熱敏器件。按物理特性，可分為三類：(1).負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)；(2).正溫度系數(shù)熱敏電組(PTC)；(3).臨界溫度系數(shù)熱敏電阻(CTR)。下面以負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻為例作一下介紹。第7章熱電式傳感器負(fù)

5、溫度系數(shù)熱敏電阻是一種氧化物的復(fù)合燒結(jié)體，通常用它測(cè)量-100～+300℃范圍內(nèi)的溫度，與熱電阻相比，其特點(diǎn)是：(1).電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，約為熱電阻的10倍。(2).結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可以測(cè)量點(diǎn)溫度。(3).電阻率高，熱慣性小，適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量。(4).易于維護(hù)和進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。(5).制造簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是互換性差，非線性嚴(yán)重。第7章熱電式傳感器圖7.1為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線，用如下經(jīng)驗(yàn)公式描述：(7-4)式中RT——溫度為T(K)時(shí)的電阻值；A——與熱敏電阻的材料和幾何尺寸有關(guān)的常數(shù)；B——熱敏電阻常數(shù)。2.負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的特性第7章熱電式傳

6、感器若已知T1和T2時(shí)的電阻為RT1和RT2，則可通過(guò)公式求取A、B值，即由圖7.2可知，①當(dāng)流過(guò)熱敏電阻的電流較小時(shí)，曲線呈直線狀，服從歐姆定律。②當(dāng)電流增加時(shí)，熱敏電阻自身溫度明顯增加，由于負(fù)溫度系數(shù)的關(guān)系，阻值下降，于是電壓上升速度減慢，出現(xiàn)了非線性。③當(dāng)電流繼續(xù)增加時(shí)，熱敏電阻自身溫度上升更快，阻值大幅度下降，其減小速度超過(guò)電流增加速度，于是出現(xiàn)電壓隨電流增加而降低的現(xiàn)象。由于熱敏電阻特性的嚴(yán)重非線性，擴(kuò)大測(cè)溫范圍和提高精度必須進(jìn)行補(bǔ)償校正。(7-5)(7-6)第7章熱電式傳感器解決辦法：串聯(lián)或并聯(lián)溫度系數(shù)很小的金屬電阻，使熱敏電阻阻值在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。圖7-3介紹一

7、種金屬電阻與熱敏電阻串聯(lián)以實(shí)現(xiàn)非線性校正的方法。只要金屬電阻Rx選得合適，在一定溫度范圍內(nèi)可得到近似雙曲線特性〔圖(b)Rs〕，即溫度與電阻的倒數(shù)成線性關(guān)系，從而使溫度與電流成線性關(guān)系〔圖(c)〕。近年來(lái)已出現(xiàn)利用微機(jī)實(shí)現(xiàn)較寬溫度范圍內(nèi)線性化校正的方案。第7章熱電式傳感器3近代熱敏電阻的特性(1).近年來(lái)研制的玻璃封裝熱敏電阻具有較好的耐熱性、可靠性、頻響特性。(2).氧化物熱敏電阻的靈敏度都比較高，但只能在低于300