傳感器技術(shù)第7章熱電式傳感器

1、第第7 7章章 熱電式傳感器熱電式傳感器 熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的傳感器。 它是利用測(cè)溫敏感元件的電或磁的參數(shù)隨溫度變化而改變的特性，將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化達(dá)到測(cè)量溫度的目的。7.1 熱電偶傳感器7.2 熱電阻傳感器7.3 熱敏電阻7.4 晶體管和集成溫度傳感器第第7 7章章 熱電式傳感器熱電式傳感器7.1 熱電偶傳感器 熱電偶傳感器簡(jiǎn)稱熱電偶，是目前接觸式測(cè)溫中應(yīng)用最廣的熱電式傳感器。其測(cè)溫范圍較寬，一般為-501600，最高的可達(dá)到3000， 并有較高的測(cè)量精度。 另外，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、熱慣性小、輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等優(yōu)點(diǎn)。其產(chǎn)品已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、運(yùn)用十分方便。

2、7.1 熱電偶傳感器7.1.1 基本原理及熱電效應(yīng)7.1.2 熱電偶的基本定律7.1.3 熱電偶冷端溫度及其補(bǔ)償7.1.4 熱電偶的材料、分類與結(jié)構(gòu)7.1.5 熱電勢(shì)的測(cè)量及熱電偶的標(biāo)定7.1.6 熱電偶的傳熱誤差和動(dòng)態(tài)誤差7.1.1 基本原理及熱電效應(yīng)1.基本原理 1821年賽貝克發(fā)現(xiàn)了銅、鐵這兩種金屬的溫差電現(xiàn)象。即在這兩種金屬構(gòu)成的閉合回路中，對(duì)兩個(gè)接頭中的一個(gè)加熱即可產(chǎn)生電流，如圖所示。 在冷接頭處，電流從鐵流向銅。由于冷、熱兩個(gè)端（接頭）存在溫差而產(chǎn)生的電勢(shì)差E，就是溫差熱電勢(shì)。 這種由兩種不同的金屬構(gòu)成的能產(chǎn)生溫差熱電勢(shì)的裝置稱為熱電偶。7.1.1 基本原理及熱電效應(yīng)2.熱電效應(yīng)

3、將兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B組合成閉合回路，若兩結(jié)點(diǎn)處溫度不同，則回路中將有電流流動(dòng)，即回路中有熱電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)。 此電動(dòng)勢(shì)的大小除了與材料本身的性質(zhì)有關(guān)以外，還決定于結(jié)點(diǎn)處的溫差。 熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)(珀?duì)柼?和溫差電勢(shì)(湯姆遜)兩部分組成的。7.1.1 基本原理及熱電效應(yīng)（1）接觸電勢(shì) 當(dāng)兩種導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）接觸在一起時(shí)，由于不同導(dǎo)體的自由電子密度不同，在結(jié)點(diǎn)處就會(huì)發(fā)生電子遷移擴(kuò)散。 失去電子的導(dǎo)體呈正電位，得到電子的導(dǎo)體呈負(fù)電位。當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到平衡時(shí)，在兩種金屬的接觸處形成電位差，此電位差稱為接觸電勢(shì)。 其大小與兩種導(dǎo)體的性質(zhì)及結(jié)點(diǎn)的溫度有關(guān)，

4、可表示為： 7.1.1 基本原理及熱電效應(yīng) 式中，EAB(T)為A、B兩種導(dǎo)體在溫度T時(shí)的接觸電勢(shì)； K為玻爾茲曼常數(shù)；e為電子電荷； NA，NB為導(dǎo)體A、B的自由電子密度； T為結(jié)點(diǎn)處的絕對(duì)溫度。 AABBNKTE (T) =ln(7.1)eN7.1.1 基本原理及熱電效應(yīng)（2）溫差電勢(shì)(湯姆遜電勢(shì)) 產(chǎn)生原因是，金屬導(dǎo)體兩端的溫度不同，則其自由電子的濃度亦不相同，溫度高的一端濃度較大;因此高溫端的自由電子將向低溫端擴(kuò)散，高溫端失去電子帶正電，低溫端得到多余的電子帶負(fù)電，從而形成溫差電勢(shì)：0TA0ATE (T,T ) = dT(7.2) 式中，EA(T,T0)為導(dǎo)體A的兩端溫度分別為T與T0

5、時(shí)的溫差電勢(shì)；A為溫度系數(shù)（又叫湯姆遜系數(shù)），它表示單一導(dǎo)體的兩端溫差為1時(shí)所產(chǎn)生的溫差電勢(shì)。7.1.1 基本原理及熱電效應(yīng)熱電偶的熱電勢(shì)如圖所示7.1.1 基本原理及熱電效應(yīng)00AAB0ABB()( ,)ln()dTTk TTNET TTeN-可進(jìn)一步寫成AB0ABAB0B0A0E(T,T ) = E(T) - E(T ) + E (T,T ) - E (T,T )(7.3)可表示為：7.1.1 基本原理及熱電效應(yīng)幾點(diǎn)結(jié)論： 如果組成熱電偶的兩個(gè)電極的材料相同，即使是兩結(jié)點(diǎn)的溫度不同也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。 組成熱電偶的兩個(gè)電極的材料雖然不相同，但是兩結(jié)點(diǎn)的溫度相同也不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。 由不同電極材

6、料A、B組成的熱電偶，當(dāng)冷端溫度T0恒定時(shí)，產(chǎn)生的熱電勢(shì)在一定的溫度范圍內(nèi)是熱端溫度 T 的單值函數(shù)。賽貝克效應(yīng)7.1.2 熱電偶的基本定律1.勻質(zhì)導(dǎo)體定律 由同一種勻質(zhì)（電子密度處處相同）導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路中，不論其截面積和長度如何，不論其各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)，這就是勻質(zhì)導(dǎo)體定律。 （1）熱電偶必須由兩種不同的勻質(zhì)材料制成，熱電勢(shì)的大小只與熱電極材料及兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與熱電極的截面及溫度分布無關(guān)。 （2）此定律可用來檢驗(yàn)熱電極材料是否為勻質(zhì)材料。 7.1.2 熱電偶的基本定律2.中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種金屬導(dǎo)體，如圖所示，只要該金屬導(dǎo)體C與金屬導(dǎo)體

7、A、B的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)處在同一溫度，則此導(dǎo)體對(duì)于回路總的熱電勢(shì)沒有影響，稱為中間導(dǎo)體定律。 熱電偶回路接入中間導(dǎo)體C后的熱電勢(shì)為：ABC0ABBC0CA0A0B0C00E(T,T ) = E (T)+ E (T )+E (T )+ E (T ,T)+E (T,T )+ E (T ,T )7.1.2 熱電偶的基本定律所以00C0BBBC0CA0AB0CAAkTkTNkTNNE (T )+E (T ) =ln+ln=ln= -E (T )eNeNeNC00A0A0E (T ,T ) = 0,E (T ,T) = -E (T,T )ABC0ABAB0B0A0AB0E(T,T ) = E (T)- E (T

8、 )+E (T,T )- E (T,T )= E (T,T )(7.4)因而中間導(dǎo)體定律得到證明。 7.1.2 熱電偶的基本定律 此定律具有特別重要的實(shí)用意義，因?yàn)橛脽犭娕紲y(cè)溫時(shí)必須接入儀表(第三種材料)，根據(jù)此定律，只要儀表兩接入點(diǎn)的溫度保持一致，儀表的接入就不會(huì)影響熱電勢(shì)。 7.1.2 熱電偶的基本定律3. 連接導(dǎo)體定律和中間溫度定律 在熱電偶回路中，如果熱電極A與B分別連接導(dǎo)線a、b，其結(jié)點(diǎn)溫度分別為T、Tn和T0，如圖所示。 則回路的總熱電勢(shì)EABba(T,Tn,T0)等于熱電偶的熱電勢(shì)EAB(T,Tn)與連接導(dǎo)線的熱電勢(shì)Eab(Tn,T0)之和，這就是連接導(dǎo)體定律，可用下式表示： A

9、Bban0ABnabn0E(T,T ,T ) = E(T,T ) + E (T ,T )(7.5)7.1.2 熱電偶的基本定律 當(dāng)A和a，B和b的材料分別相同時(shí)，其各結(jié)點(diǎn)的溫度仍為T，Tn和T0時(shí)，總熱電勢(shì)由上式可得： ABn0ABnABn0E (T,T ,T ) = E (T,T )+ E (T ,T )(7.6) 這就是中間溫度定律。它表明結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0的熱電偶，其熱電勢(shì)等于結(jié)點(diǎn)溫度分別為T和Tn(中間溫度)，以及Tn和T0兩支同性質(zhì)熱電偶熱電勢(shì)的代數(shù)和。 7.1.2 熱電偶的基本定律 中間溫度定律也有重要的應(yīng)用。 熱電偶的分度表均是以參比端T0=0為標(biāo)準(zhǔn)的，而熱電偶在實(shí)際使用時(shí)其參比

10、端溫度不是0，一般是高于0的某個(gè)數(shù)值，如Tn=20，此時(shí)可根據(jù)中間溫度定律修正熱電勢(shì)，從而得到被測(cè)溫度。 圖7.5 TT0.ABTnTT0.ABTnTn.ab7.1.3 熱電偶冷端溫度及其補(bǔ)償 在實(shí)際使用中若冷端不能保持在0或冷端溫度隨環(huán)境變化，將引入測(cè)量誤差。這就必須對(duì)熱電偶的冷端（參比端）進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 1. 冷端溫度修正法（1）計(jì)算修正法 (熱電勢(shì)修正法) 當(dāng)熱電偶冷端溫度T00時(shí)，可用下面公式對(duì)熱電勢(shì)進(jìn)行修正。ABAB0AB0E(T,0) = E(T,T ) + E(T ,0)(7.7) EAB(T,0)是測(cè)量端溫度為T，冷端溫度T0時(shí)經(jīng)修正后的熱電勢(shì)；EAB(T,T0)為測(cè)量端溫度為

11、T，冷端溫度T0（0）時(shí)實(shí)際測(cè)量得到的熱電勢(shì)，EAB(T0,0)為測(cè)量端溫度為T0，冷端溫度為0時(shí)的熱電勢(shì)，它即為冷端溫度不為0時(shí)的熱電勢(shì)修正值。 7.1.3 熱電偶冷端溫度及其補(bǔ)償7.1.3 熱電偶冷端溫度及其補(bǔ)償（2）冰浴法冰浴法 根據(jù)物理學(xué)可知，在冰水共存容器中，可獲得標(biāo)準(zhǔn)的0溫度。所以為了測(cè)溫準(zhǔn)確，可以把熱電偶的冷端置于冰水混合物的容器里，保證使冷端溫度為0。這種辦法最為妥善，然而不夠方便，所以僅限于在實(shí)驗(yàn)室中使用。7.1.3 熱電偶冷端溫度及其補(bǔ)償 例7.1 利用鉑銠-鉑熱電偶（S型）測(cè)溫時(shí)，設(shè)測(cè)量得到T0 = 20，EAB(T,T0) = 7.322mv,求T。 解： 查PtRh-

12、Pt熱電偶分度表，可得EAB(20,0) =0.113mv，有： EAB(T,0) = EAB(T,T0)+EAB(T0,0) = 7.322mv+0.113mv = 7.435mv 反查分度表，可得T = 810.4。7.1.3 熱電偶冷端溫度及其補(bǔ)償（3）溫度修正法 當(dāng)熱電偶冷端溫度T00時(shí)，令T為查分度表所得的值，則被測(cè)的真實(shí)溫度T為： T = T + kT0 k為熱電偶的修正系數(shù)，決定于熱電偶種類和測(cè)溫范圍。 7.1.3 熱電偶冷端溫度及其補(bǔ)償 例7.2 利用鉑銠-鉑熱電偶測(cè)溫時(shí)，設(shè)測(cè)量得到 T0 = 20，EAB(T,T0) = 7.322mv,求T。 解：令EAB(T,0) = 7

13、.322mv，得T=800 查表9-1得，k=0.59 所以，T = T + kT0 =800+0.5920=811.82、冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法(1)電橋補(bǔ)償法 該方法利用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓來補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化引起的熱電勢(shì)變化。 7.1.3 熱電偶冷端溫度及其補(bǔ)償+- 實(shí)際使用時(shí)，選擇R2的阻值，使得熱電偶冷端溫度為T0時(shí)電橋保持平衡，輸出Uab=0。 當(dāng)冷端溫度升高時(shí)，R2阻值隨之增大，電橋失去平衡，產(chǎn)生不平衡輸出電壓Uab，同時(shí)，由于冷端溫度的升高又造成熱電偶的熱電勢(shì)Et下降。 若Uab的增量等于熱電偶電勢(shì)Et的減少量，則回路總電勢(shì)UAB的值就不會(huì)隨熱電偶的變化而變化。 7.1.3 熱

14、電偶冷端溫度及其補(bǔ)償7.1.3 熱電偶冷端溫度及其補(bǔ)償（2）pn結(jié)冷端溫度補(bǔ)償法pn結(jié)的端電壓與溫度有較理想的線性關(guān)系。溫度系數(shù)為-2.2mV/（3）延引熱電極法 補(bǔ)償導(dǎo)線的使用是以熱電偶連接導(dǎo)體定律為依據(jù)的。 補(bǔ)償導(dǎo)線是指在一定的溫度范圍內(nèi)，其熱電性能與其相應(yīng)熱電偶的熱電性能十分匹配的一種廉價(jià)導(dǎo)線。7.1.3 熱電偶冷端溫度及其補(bǔ)償7.1.3 熱電偶冷端溫度及其補(bǔ)償 其作用是：用廉價(jià)補(bǔ)償導(dǎo)線作為貴金屬熱電偶的延長線，以節(jié)約貴金屬熱電偶； 將熱電偶的冷端遷移到離被測(cè)對(duì)象較遠(yuǎn)且環(huán)境溫度較恒定的地方，這樣有利于冷端溫度的修正和測(cè)量誤差的減少。 常用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線列于書上表9.3？。 7.1.3 熱

15、電偶冷端溫度及其補(bǔ)償7.1.3 熱電偶冷端溫度及其補(bǔ)償3. 3. 軟件處理法軟件處理法 對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不必全靠硬件進(jìn)行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為0的情況，只需在采樣后加一個(gè)與冷端溫度對(duì)應(yīng)的常數(shù)即可。對(duì)于經(jīng)常波動(dòng)的情況，可利用熱敏電阻或其他傳感器把信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計(jì)一些程序，便能自動(dòng)修正。1、熱電極材料 雖然金屬都有熱電效應(yīng)，但在實(shí)際應(yīng)用中，不是所有的金屬都可以作為熱電偶的。作為熱電偶回路電極的金屬導(dǎo)體應(yīng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)： 7.1.4 熱電偶的類型及結(jié)構(gòu) 溫度測(cè)量范圍廣。要求在規(guī)定的溫度測(cè)量范圍內(nèi)有較高的測(cè)量精確度，有較大的熱電動(dòng)勢(shì)。溫度與熱電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系是單值函數(shù)，最

16、好是呈線性關(guān)系。 性能穩(wěn)定。要求在規(guī)定的溫度測(cè)量范圍內(nèi)使用時(shí)熱電性能穩(wěn)定，均勻性和復(fù)現(xiàn)性好。7.1.4 熱電偶的類型及結(jié)構(gòu) 物理化學(xué)性能好。要求在規(guī)定的溫度測(cè)量范圍內(nèi)有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化性或抗還原性能。滿足上述條件的熱電偶材料并不很多。我國把性能符合專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)并具有統(tǒng)一分度表的熱電偶材料稱為定型熱電偶材料。7.1.4 熱電偶的類型及結(jié)構(gòu)2.熱電偶的分類 熱電偶分為標(biāo)準(zhǔn)化與非標(biāo)準(zhǔn)化兩大類。（1）標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度關(guān)系及允許誤差，并有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶。 （2）非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶3、熱電偶的結(jié)構(gòu)1. 普通工業(yè)用裝配式熱電偶工業(yè)用裝配式熱電偶結(jié)構(gòu)

17、示意圖接線盒保險(xiǎn)套管絕緣套管熱電偶絲7.1.4 熱電偶的類型及結(jié)構(gòu)1322、鎧裝熱電偶由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細(xì)組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為兩種形式如圖。鎧裝熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖1金屬套管; 2絕緣材料; 3熱電極 (a)接殼式(b)絕緣式 接殼式與絕緣式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖7.1.4 熱電偶的類型及結(jié)構(gòu)3快速反應(yīng)薄膜熱電偶 用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜狀熱電偶。其熱接點(diǎn)極薄(0.010.lm)。4123快速反應(yīng)薄膜熱電偶1熱電極; 2熱接點(diǎn);3絕緣基板; 4引出線 特別適用于對(duì)壁面溫度的快速測(cè)量。反應(yīng)時(shí)間僅為幾ms。 7.1.4 熱電偶

18、的類型及結(jié)構(gòu)7.2 熱電阻傳感器7.2.1 熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu)7.2.2 熱電阻的測(cè)量電路1.熱電阻工作原理 熱電阻就是利用物質(zhì)（一般為純金屬）的電阻隨溫度變化并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性，制成溫度傳感器來進(jìn)行測(cè)溫的。 一般結(jié)構(gòu)如圖所示。將鉑絲繞在有鋸齒的云母骨架上，構(gòu)成感溫元件，用銀導(dǎo)線作為引出線與顯示儀表連接。7.2.1 熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu) 當(dāng)感溫元件上的熱電阻材料處于不同溫度時(shí)，感溫元件的電阻值隨溫度而變化，并呈一定的函數(shù)關(guān)系。 將變化的電阻值作為信號(hào)輸入具有平衡或非平衡電橋回路的顯示儀表，即可測(cè)得被測(cè)溫度的值。 7.2.1 熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu) 熱電阻傳感器分為金屬熱電

19、阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類, 一般把金屬熱電阻稱為熱電阻, 而把半導(dǎo)體熱電阻稱為熱敏電阻。2.金屬熱電阻（1）對(duì)熱電阻材料的要求如下： 具有較大的電阻率及較高的電阻溫度系數(shù)，以便有較高的靈敏度和測(cè)量精度； 在使用范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定； 電阻與溫度關(guān)系特性好。電阻與溫度的函數(shù)呈單值函數(shù)（最好是呈線性關(guān)系）；對(duì)同一種材料來講，其復(fù)制性要好，以便批量生產(chǎn)。7.2.1 熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu)（2）金屬熱電阻種類 鉑熱電阻 其物理與化學(xué)性能都非常穩(wěn)定，即使是在高溫和氧化介質(zhì)中也是如此,是目前制造熱電阻的最好材料。 Pt還具有較大的電阻率（=0.1W mm2/m）和高的熔化溫度（1772），因此體積

20、可做得較小，測(cè)溫范圍也比較寬。按IEC標(biāo)準(zhǔn), 鉑熱電阻的使用溫度范圍為-200 - +850。 7.2.1 熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu) 鉑電阻在高精度的工業(yè)測(cè)量及計(jì)量檢定中得到廣泛的應(yīng)用。通常用作標(biāo)準(zhǔn)熱電阻。 Pt電阻的電阻值和溫度的關(guān)系在-190-0之間為 23T0R= R 1 + AT + BT+ C(T - 100)T (7.13)在0-630.74之間為 2T0R= R 1 + AT + BT (7.14)7.2.1 熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu)7.2.1 熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu)式中， R0、RT為0、T時(shí)的電阻； A、B、C為分度系數(shù)，A=3.9684710-3(1/)； B=-5

21、.8410-7(1/)-2； C=-4.2210-12(1/)-4。 由以上兩式可見，要確定電阻RT與溫度T的關(guān)系，首先要確定R0的數(shù)值，R0稱為熱電阻的標(biāo)稱值。 7.2.1 熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu) 電阻在溫度T時(shí)的電阻值與R0有關(guān)。目前我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=10和R0=100兩種, 它們的分度號(hào)分別為Pt10和Pt100, 其中以Pt100為常用。鉑熱電阻不同分度號(hào)亦有相應(yīng)分度表, 即Rt-t 的關(guān)系表,這樣在實(shí)際測(cè)量中, 只要測(cè)得熱電阻的阻值Rt, 便可從分度表上查出對(duì)應(yīng)的溫度值。 7.2.1 熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu) 由于Pt為貴金屬，在測(cè)量精度要求不高和測(cè)量范圍較小時(shí)，大

22、多采用Cu電阻。 Cu熱電阻。 Cu價(jià)格低廉，容易提純，在-50-150的溫度范圍內(nèi)化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，靈敏度高(溫度系數(shù)大)，輸出輸入特性接近線性，且價(jià)格便宜。 其缺點(diǎn)是電阻率較Pt小，電阻絲細(xì)而長，機(jī)械強(qiáng)度較差。 由于Cu熱電阻的體積較大，且當(dāng)溫度高于100時(shí)易被氧化，因此Cu熱電阻適用于工作在溫度較低的介質(zhì)中，及測(cè)量精度要求不太高、測(cè)溫范圍比較小的場(chǎng)合。7.2.1 熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu) 在-50150的溫度范圍內(nèi)，Cu電阻的阻值和溫度的關(guān)系為T000R= R 1 + a (t - t )(7.15)7.2.1 熱電阻的工作原理及材料結(jié)構(gòu)常用熱電阻的特性如圖所示。圖7.13L引線鉑絲

23、骨架7.2.2 熱電阻的測(cè)量電路 在實(shí)際溫度測(cè)量中，通常用電橋來測(cè)量熱電阻的電阻值。 由于熱電阻的阻值都是在幾到幾十范圍，因此，熱電阻的引線及連接導(dǎo)線的電阻對(duì)溫度測(cè)量結(jié)果有很大影響，特別是熱電阻的引線常處于被測(cè)溫度的環(huán)境中，溫度波動(dòng)較大，其阻值隨溫度的變化難以估計(jì)和修正。 為減少導(dǎo)線電阻的影響，工業(yè)用熱電阻的引線有兩線制，三線制和四線制。 二線制中引線電阻對(duì)測(cè)量影響大, 用于測(cè)溫精度不高場(chǎng)合。三線制可以減小熱電阻與測(cè)量儀表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測(cè)量誤差。 四線制可以完全消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響,用于高精度溫度檢測(cè)。7.2.2 熱電阻的測(cè)量電路A. 兩線制n這種引線方式簡(jiǎn)單、費(fèi)

24、用低，但是引線電阻以及引線電阻的變化會(huì)帶來附加誤差。n兩線制適于引線不長、測(cè)溫精度要求較低的場(chǎng)合。7.2.2 熱電阻的測(cè)量電路B、三線制測(cè)溫消除導(dǎo)線產(chǎn)生誤差原理 相臨兩橋臂增加同一阻值的電阻，對(duì)電橋的平衡無影響。0設(shè)計(jì)使,tRRRR000000()()()tttttRrRrUERRrRRrRRRERRrRRrRRER-7.2.2 熱電阻的測(cè)量電路C、四線制測(cè)溫7.2.2 熱電阻的測(cè)量電路實(shí)驗(yàn)室用，高精度測(cè)量 7.3 熱敏電阻 它是利用半導(dǎo)體的電阻值與溫度呈現(xiàn)一定函數(shù)關(guān)系的原理制成的溫度傳感器。 熱敏電阻的符號(hào)如圖所示。7.3 熱敏電阻1.熱敏電阻的特點(diǎn) 電阻溫度系數(shù)大，約為熱電阻的10倍，靈敏

25、度高； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，熱慣性小，可以用來測(cè)定點(diǎn)溫度及變化溫度。 使用壽命長； 利用半導(dǎo)體摻雜技術(shù)，可以測(cè)量42100K之間的溫度，是一種重要的低溫傳感器。 使用方便，電阻值可在0.1-100kW之間任意選擇。其不足之處是互換性差，離散性嚴(yán)重。9.3 熱敏電阻2.熱敏電阻的結(jié)構(gòu)形式 熱敏電阻是用一些金屬氧化物，按一定的比例混合進(jìn)行研磨，摻入一定的粘合劑成型，再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。 采用不同的封裝形式，熱敏電阻可制成珠狀、圓片形、片形、桿狀等各種形狀，如圖所示。作為感溫元件通常選用珠狀和圓片形。 7.3 熱敏電阻3熱敏電阻的主要類型 熱敏電阻主要有三種類型，即正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻、負(fù)溫度系

26、數(shù)(NTC)熱敏電阻及在某一特定溫度下電阻值會(huì)發(fā)生突變的臨界溫度熱敏電阻器(CTR)。 如圖所示，為幾種不同材料的熱敏電阻的溫度特性。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻應(yīng)用較為普遍。 7.3 熱敏電阻正溫度系數(shù)（PTC）型熱敏電阻。其特性曲線是隨溫度升高而阻值增大，可用于元件的過熱保護(hù)。臨界型（CTR）熱敏電阻。在某個(gè)溫度范圍里阻值急劇下降，曲線斜率在此區(qū)段特別陡峭，靈敏度極高。此特性可用于溫度開關(guān)。 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。其特性曲線是隨溫度升高而阻值減小。特別適合于-100300之間的溫度測(cè)量，可用于自動(dòng)控制及電子線路補(bǔ)償。4、熱敏電阻的主要特性(1)溫度特性 特性曲線如圖所示，其阻值與溫度的關(guān)系為/eBTTRA式中，RT是溫度為T時(shí)的阻值；T為溫度，單位是K；A、B為取決于材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的常數(shù)。7.3 熱敏電阻 7.3 熱敏電阻 1(1/1/)1eBTTTRR-由上面的關(guān)系式不難得到下式 式中，RT為任意溫度T時(shí)熱敏電阻的阻值，T為任意溫度，R1為標(biāo)準(zhǔn)溫度T1時(shí)的阻值。1(/)11 21212lnB TAR eTTRBTTR-已知兩個(gè)電阻值R1和R2以及相應(yīng)的溫度T1和T2時(shí)7.3 熱敏電阻通常取20時(shí)的熱敏電阻值為R1，稱為額定電阻，記為R20。取相應(yīng)于100時(shí)的電阻R100作為R2，此時(shí)T1=293K,T2=373K,可得B。B一般被稱為熱敏電