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文檔簡介

1、傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 第第4講熱電阻式溫度傳感器講熱電阻式溫度傳感器 Thermal Resistive Sensors 2 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 目錄目錄 單擊添加文字內(nèi)容 單擊添加文字內(nèi)容 單擊添加文字內(nèi)容 3 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 4 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 2.3.1金屬熱電阻熱電阻金屬熱電阻熱電阻 熱電阻電阻體(最主要部分)絕緣套管接線盒 作為熱電阻的材料要求: 電阻溫度系數(shù)要大,以提高熱電阻的靈敏度; 電阻率盡可能大,以便減小電阻體尺寸; 熱容量要小,以便提高熱電阻的響應(yīng)

2、速度; 在測量范圍內(nèi),應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學性能; 電阻與溫度的關(guān)系最好接近于線性; 應(yīng)有良好的可加工性,且價格便宜。 使用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅 5 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 1. 常用熱電阻 鉑熱電阻 主要作為標準電阻溫度計,廣泛應(yīng)用于溫度基準、 標準的傳遞。 銅熱電阻 測量精度要求不高且溫度較低的場合,測量范圍一 般為50150。 6 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 C0C190 C6600 )100(1 )1 ( 32 0 2 0 ttCBtAtR BtAtR Rt 其中, Rt:溫度為 t 時的電阻; R0 :溫度為 0 時的

3、電阻; A:常數(shù), 3.940 10-2 -1 B:常數(shù), -5.84 10-7 -2 C: 常數(shù), -4.22 10-12 -4 鉑熱電阻鉑熱電阻 目前最好材料目前最好材料 7 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 長時間穩(wěn)定的復現(xiàn)性可達10-4 K ,是目前測溫復現(xiàn)性最好 的一種溫度計。 鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關(guān)鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關(guān) 100 0 (100) R W R 百度電阻比百度電阻比 W(100)越高,表示鉑絲純度越高,)越高,表示鉑絲純度越高, 國際實用溫標規(guī)定,作為基準器的鉑電阻,國際實用溫標規(guī)定,作為基準器的鉑電阻, W(100)1.3925

4、目前技術(shù)水平已達到目前技術(shù)水平已達到W(100)1.3930, 工業(yè)用鉑電阻的純度工業(yè)用鉑電阻的純度W(100)為)為1.3871.390。 8 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 9 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計的工業(yè)用標準鉑電阻,國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計的工業(yè)用標準鉑電阻, W(100)1.391, R0分為分為50和和100兩種,分度號分別為兩種,分度號分別為 Pt50 和和 Pt100其分度表(給出阻值和溫度的關(guān)系)其分度表(給出阻值和溫度的關(guān)系) 10 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 11 傳感器與檢測技術(shù)傳感器

5、與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 銅熱電阻銅熱電阻 應(yīng) 用:測量精度要求不高且溫度較低的場合 測量范圍:50150 優(yōu) 點: 溫度范圍內(nèi)線性關(guān)系好,靈敏度比鉑電阻高,容易提純、 加工,價格便宜,復制性能好。 缺 點: 易于氧化,一般只用于150以下的低溫測量和沒有水分及 無侵蝕性介質(zhì)的溫度測量。 與鉑相比,銅的電阻率低,所以銅電阻的體積較大。 12 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 模型模型1: 其中,其中,A、B、C為常數(shù):為常數(shù):A = 4.28899 10-3 / B = -2.133 10-7 /2 C = 1.233 10-9 /3 )1 ( 32 0CtBtA

6、tRRt -50 150 精確計算時精確計算時 13 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 )(1000ttRRt 其中,Rt、R0 溫度為 t 和 t 0時的電阻; 溫度為 t 0 時的溫度系數(shù)。0 模型模型2: 14 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 幾種常用金屬熱電阻材料參數(shù)幾種常用金屬熱電阻材料參數(shù) 材料 溫度系數(shù) (1/) 比電阻 ( mm2/m ) 溫度范圍 () 特 性 鉑3.9210-30.0981-200 +650近線性 銅4.2510-30.0170-50 +150線性 鐵6.5010-30.0910-50 +150非線性 鐵6.60

7、10-30.1210-50 +100非線性 15 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 16 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 優(yōu) 點 (1)易提純; (2)物理、化學特性穩(wěn)定; (3)輸出近線性; (4)價格低廉。 缺 點 (1)電阻率低; (2)體積較大,熱慣性較大; (3)溫度高于100易氧化。 17 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 3、其它熱電阻、其它熱電阻 低溫、超低溫低溫、超低溫 材料溫度范圍優(yōu) 點缺點 銦電阻室溫 4.3K 4.2 15K,靈敏度 是鉑的10倍。 材料軟,重 復性差。 錳電阻 63 2K (-271

8、-210 ) 靈敏度高 材料脆,難 拉成絲。 碳電阻 -273 -268.5 液氦溫域 價格低廉,對磁場 不敏感。 熱穩(wěn)定差 18 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 三、熱電阻傳感器的測量電路三、熱電阻傳感器的測量電路 19 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 20 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 12 ab wt RR RRrr 12 () b tw a R RRrr R 電橋平衡時: 若保證 Ra = Rb,則有: 12 () tw RRrr 可見 r1,r2 對測量結(jié)果的影響較大 21 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱

9、電阻溫度傳感器課件 1、三線制、三線制 22 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 電橋平衡時: 1 2 ab wt RRr RRr 12 () bwa tw aa RR rR r RR RR 若保證 Ra = Rb,則有: 12wa tw a R rR r RR R r1,r2 的影響有了一定的減小 23 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 24 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 電橋平衡時: 31 ab tw RR RrRr 13 aa tw bb RR RRrr RR 若保證 Ra = Rb,則有: 13tw RRrr r1,r

10、3 的影響減小得更小。 25 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 I U Rt SE tR I I r r r r 2、四線制、四線制 26 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 27 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 四、熱電阻應(yīng)用舉例四、熱電阻應(yīng)用舉例 例例1 1:測量真空度:測量真空度 I 恒溫容器恒溫容器 被測介質(zhì)被測介質(zhì) 玻璃管玻璃管 鉑電阻絲鉑電阻絲 tRT平衡 導熱系數(shù)真空度 Pa 3 10 測量真空度: tRT平衡 28 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 )1 (21 n i iin 1 100

11、i in 21、 1KR pR r E A 2KR 1XR 2XR wR R 21kkRR 、 21XXRR 、 例例2:氣體成分分析儀:氣體成分分析儀 29 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 2.3.2 半導體熱敏電阻傳感器半導體熱敏電阻傳感器 30 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 31 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 一、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和特點一、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和特點 玻璃殼玻璃殼 熱敏電阻熱敏電阻 引線引線 32 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 參 數(shù)單 位定 義 標稱阻值RH (冷電阻) (25

12、0.2)時測得的阻值。 溫度系數(shù)t1/ 20 時的電阻溫度系數(shù)。 散熱系數(shù)H (耗散系數(shù)) W/ 自身發(fā)熱使溫度比環(huán)境溫度高出1 所 需要的功率。 時間常數(shù)秒(s) 從溫度t0的介質(zhì)移入溫度為t的介質(zhì)中, 溫度升高t = 0.632(t-t0) 所需時間。 熱敏電阻的主要參數(shù)熱敏電阻的主要參數(shù) 33 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 用途 標準阻值 25(k) 額定功率 (W) 時間常數(shù) (s) 耗散系數(shù) (mW/) 溫度補償0.01 150.55 溫度補償0.82 3000.254 溫度補償10 10000.5 1157 7.6 測控溫6.8 10000.4 207 7

13、.6 測控溫3 1000.03 0.57 7.6 34 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 二、熱敏電阻的溫度特性二、熱敏電阻的溫度特性 35 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 T B TAeR 試驗求試驗求A、B: 22 11 T T RT RT 1 1 T B TAeR 2 2 T B TAeR ) 11 ( 2 1 11TT B T T e R R 1 1 T B T e R A 2 1 12 21 ln T T R R TT TT B 1、NTC的的 R-T 特性特性 36 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 0 0exp

14、T B T B RRT 0T 0R 0 (273.15K) 0 時的阻值時的阻值 T R 37 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 2、NTC的伏安特性的伏安特性 38 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 3、NTC的溫度系數(shù)的溫度系數(shù) T dT dR R T 1 dT Aed Ae T B T B )(1 2 T B .constT 低溫段比高溫段靈敏低溫段比高溫段靈敏 TT: 靈敏度比金屬熱電阻高(靈敏度比金屬熱電阻高(10倍)倍) I U 39 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 三、三、NTC的線性化處理的線性化處理 TRXR

15、 A I TRXR E 40 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 1、串聯(lián)法、串聯(lián)法 XTSRRR T RS 1 T R U I A I TRXR E T R XR TR XTRR 41 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 2、并聯(lián)法、并聯(lián)法 TRXR T R XR TR XTRR / XT XT RR RR R 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 四、應(yīng)用舉例四、應(yīng)用舉例 43 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 例例1:測流速:測流速 A E 1R2R 1 tR 2tR V WR 21ttRR 、 21RR 、 熱敏電阻熱敏電阻 平

16、衡電阻平衡電阻 0V 0V 電橋平衡電橋平衡 電橋失衡電橋失衡 44 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 例例2:熱電式繼電器:熱電式繼電器 J D tR R A BG 45 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 鉑測溫電阻傳感器 鉑測溫電阻缺點:響應(yīng)速度慢、容易破損、 難于測定狹窄位置的溫度。 現(xiàn)逐漸使用能大幅度改善上述缺點的極細型鎧裝鉑 測溫電阻,因而使應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。 主要應(yīng)用:鋼鐵、石油化工的各種工藝過程;纖維 等工業(yè)的熱處理工藝;食品工業(yè)的各種自動裝置; 空調(diào)、冷凍冷藏工業(yè);宇航和航空、物化設(shè)備及恒 溫槽 46 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技

17、術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 金屬絲熱電阻作為氣體傳感器的應(yīng)用金屬絲熱電阻作為氣體傳感器的應(yīng)用 1連通玻璃管連通玻璃管2流通玻璃管流通玻璃管3鉑絲鉑絲 (a)真空度測量方法對環(huán)境溫度變化比較敏感,)真空度測量方法對環(huán)境溫度變化比較敏感, 實際應(yīng)用中有恒溫或溫度補償裝置。可測到實際應(yīng)用中有恒溫或溫度補償裝置??蓽y到 133.32210-5Pa。 (b)可檢測管內(nèi)氣體介質(zhì)成分比例變化、熱風流速變)可檢測管內(nèi)氣體介質(zhì)成分比例變化、熱風流速變 化化 47 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 2 2、半導體熱敏電阻傳感器、半導體熱敏電阻傳感器 溫度測量 溫度控制 溫度補償 流量測量 48 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 溫度測量 熱敏電阻點溫計熱敏電阻點溫計 49 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 熱電阻溫度傳感器課件 溫度控制 簡易溫度控制器簡易溫度控制器 50 傳感器與檢測技術(shù)

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