【課件】電阻式傳感器及應(yīng)用

1、第2章 電阻式傳感器及其應(yīng)用 本章學(xué)習(xí)電阻式傳感器的原理及應(yīng)用，包括：電阻應(yīng)變片、電位器、熱電阻、氣敏電阻及濕敏電阻等。2.1 電阻應(yīng)變式傳感器 應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。 電阻應(yīng)變式傳感器主要由電阻應(yīng)變片及測(cè)量轉(zhuǎn)換電路等組成。1.電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 電阻應(yīng)變片由敏感柵、基片、覆蓋層和引線等部分組成。 一、應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)與粘貼（1）敏感柵 感受應(yīng)變，并將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。敏感柵有絲式、 箔式和薄膜式三種。（2）基片 絕緣及傳遞應(yīng)變。測(cè)量時(shí)應(yīng)變片的基底粘在試件上，要求基底準(zhǔn)確地把試件應(yīng)變傳遞給敏感柵。同時(shí)基片絕緣性

2、能要好，否則應(yīng)變片微小電信號(hào)就要漏掉。 由紙薄、膠質(zhì)膜等制成。（3）覆蓋層 保護(hù)作用。防濕、蝕、塵。（4）引線 連接電阻絲與測(cè)量電路，輸出電參量。應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類金屬電阻應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片絲式箔式薄膜式 2.應(yīng)變片的種類金屬絲式應(yīng)變片使用最早，有紙基、膠基之分。 由于金屬絲式應(yīng)變片蠕變較大，金屬絲易脫膠，有逐漸被箔式所取代的趨勢(shì)。但其價(jià)格便宜，多用于應(yīng)變、應(yīng)力的大批量、一次性試驗(yàn)。金屬絲式 箔式應(yīng)變片中的箔柵是金屬箔通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的。 箔的材料多為電阻率高、熱穩(wěn)定性好的銅鎳合金。 箔式應(yīng)變片與基片的接觸面積大得多，散熱條件較好，在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量時(shí)的蠕變較小，一致性較好，適合于大批量生

3、產(chǎn)。目前廣泛用于各種應(yīng)變式傳感器中。 箔式應(yīng)變片的外形 半導(dǎo)體應(yīng)變片的主要特點(diǎn)是：當(dāng)受力時(shí)，其電阻率隨應(yīng)力的變化而變化，故靈敏度高，橫向效應(yīng)小。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，實(shí)際應(yīng)變片的K值比單絲的K值要小，造成此現(xiàn)象原因是橫向效應(yīng)，還有粘結(jié)層傳遞變形失真。 橫向效應(yīng)：將直的電阻絲繞成敏感柵后, 雖然長(zhǎng)度不變, 應(yīng)變狀態(tài)相同, 但圓弧段橫向收縮引起阻值減小量對(duì)軸向伸長(zhǎng)引起阻值增加量起著抵消作用。因而同樣應(yīng)變阻值變化減小，K值減小，此現(xiàn)象為橫向效應(yīng)。 為了減小橫向效應(yīng)產(chǎn)生的測(cè)量誤差，現(xiàn)在一般多采用箔式應(yīng)變片，其圓弧部分尺寸較柵絲尺寸大得多，電阻值較小，因而電阻變化量也就小得多。.應(yīng)變片的粘貼： 1)去污：采用手持

4、砂輪工具除去構(gòu)件表面的油污、漆、銹斑等，并用細(xì)紗布交叉打磨出細(xì)紋以增加粘貼力 ，用浸有酒精或丙酮的紗布片或脫脂棉球擦洗。 2.貼片：在應(yīng)變片的表面和處理過(guò)的粘貼表面上，各涂一層均勻的粘貼膠 ，用鑷子將應(yīng)變片放上去，并調(diào)好位置，然后蓋上塑料薄膜，用手指揉和滾壓，排出下面的氣泡。 3.測(cè)量：從分開的端子處，預(yù)先用萬(wàn)用表測(cè)量應(yīng)變片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應(yīng)變片。 4.焊接：檢查合格后用烙鐵焊接引出線，注意不要把端子扯斷。 5.固定：焊接后用膠布將引線和被測(cè)對(duì)象固定在一起，防止損壞引線和應(yīng)變片。 二、應(yīng)變片的工作原理 金屬絲受拉時(shí)，l變長(zhǎng)、r變小，導(dǎo)致R變大 。 設(shè)有一長(zhǎng)度為l、截面積為A、半徑為r

5、、電阻率為的金屬單絲，它的電阻值R可表示為: 當(dāng)沿金屬絲的長(zhǎng)度方向作用均勻拉力（或壓力）時(shí)，上式中、r、l都將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻值R發(fā)生變化。 例如金屬絲受拉時(shí)，l將變長(zhǎng)、r變小，均導(dǎo)致R變大； 又如，某些半導(dǎo)體受拉時(shí)，將變大，導(dǎo)致R變大。以圓柱形導(dǎo)體為例：電阻R（根據(jù)電阻的定義式）電阻絲變形過(guò)程圖2-3 金屬電阻絲應(yīng)變效應(yīng)電阻絲半徑 電阻絲長(zhǎng)度電阻絲截面積電阻絲電阻率 當(dāng)導(dǎo)體因某種原因產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，其長(zhǎng)度L、截面積A和電阻率的變化為dL、dA、d相應(yīng)的電阻變化為dR。對(duì)電阻定律全微分得電阻變化率 dR/R為： (2-2)由材料力學(xué)得 為電阻絲材料的泊松比。（2-2）式經(jīng)整理可得下式：徑向應(yīng)

6、變 y軸向（縱向）應(yīng)變 （單絲）金屬材料的靈敏度系數(shù)，表示單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化，主要取決于其幾何效應(yīng)，取1.73.6材料的電阻率 隨應(yīng)變所引起的變化“壓阻效應(yīng)”。這是由于材料發(fā)生變化時(shí)，其自由電子的活動(dòng)能力和數(shù)量均發(fā)生了變化的緣故 電阻絲幾何尺寸形變所引起的變化幾何效應(yīng) 材料的軸向應(yīng)變 即橫向收縮與縱向伸長(zhǎng)之比。即 xxx 實(shí)驗(yàn)證明，電阻絲及應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化量R/R與材料力學(xué)中的軸向應(yīng)變x（x= l/l）的關(guān)系在很大范圍內(nèi)是線性的，即 K電阻應(yīng)變片的靈敏度對(duì)于不同的金屬材料，K略微不同，一般為2左右。而對(duì)半導(dǎo)體材料而言，由于其感受到應(yīng)變時(shí)，電阻率 會(huì)產(chǎn)生很大的變化，所以靈敏度比金屬

7、材料大幾十倍。 在材料力學(xué)中，x =l/l稱為電阻絲的軸向應(yīng)變，也稱縱向應(yīng)變。x通常很小，常用10-6表示之。例如，當(dāng)x為0.000001時(shí)，在工程中常表示為110-6或m/m。在應(yīng)變測(cè)量中，也常將之稱為微應(yīng)變()。 對(duì)金屬材料而言，當(dāng)它受力之后所產(chǎn)生的軸向應(yīng)變最好不要大于110-3，即1000m/m，否則有可能超過(guò)材料的極限強(qiáng)度而導(dǎo)致斷裂。 應(yīng)變片用于測(cè)量力F的計(jì)算公式：由材料力學(xué)可知： xF/AE (E為彈性模量) 而 R/RKx 故：R/RK（F/AE） 如果應(yīng)變片的靈敏度K和試件的橫截面積A以及彈性模量E均為已知，則只要設(shè)法測(cè)出R/R的數(shù)值，即可獲知試件受力F的大小。 例如可用于電子稱

8、的稱重。分析與總結(jié)影響電阻值變化的因素：1、電阻絲長(zhǎng)度的變化；2、電阻絲面積的變化；3、壓阻效應(yīng)的作用。電阻絲幾何尺寸金屬導(dǎo)體電阻率半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體沿某一軸向受到應(yīng)力而發(fā)生應(yīng)變時(shí)，其電阻率發(fā)生變化，此現(xiàn)象為壓阻效應(yīng)。 由于半導(dǎo)體電阻率變化明顯，所以其靈敏度系數(shù)很大，故可測(cè)微小應(yīng)變。三、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路不平衡電橋 金屬應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測(cè)量其電阻值的變化將十分困難，且誤差很大。通常采用電橋電路實(shí)現(xiàn)微小電阻值變化的電壓輸出。 例如，有一金屬箔式應(yīng)變片，受拉后應(yīng)變片的阻值R 的變化量?jī)H為0.2，所以必須使用電橋來(lái)測(cè)量這一微小的變化量。下面分析該橋式測(cè)量轉(zhuǎn)換電路是如何將R /

9、R轉(zhuǎn)換為輸出電壓Uo的。 根據(jù)電源的不同，可將電橋分為直流電橋和交流電橋。 電橋按讀數(shù)方法可分為平衡電橋（零讀法）和不平衡電橋（偏差法）兩種。 平衡電橋僅適合與測(cè)量靜態(tài)參數(shù)，而不平衡電橋?qū)o、動(dòng)態(tài)參數(shù)都可測(cè)量。 我們只討論直流不平衡電橋。 直流電橋電路如下圖，它的四個(gè)橋臂由電阻R1、R2、R3、R4組成。它們可以全部或部分是應(yīng)變片。34端接直流電壓U12端輸出電壓U01不平衡電橋的工作原理 初始狀態(tài)下，電橋是平衡的，輸出為零。 當(dāng)其中一個(gè)橋臂（或兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)）上受到應(yīng)變作用后，則阻值將發(fā)生變化，橋路失去平衡，就會(huì)有信號(hào)U0輸出。當(dāng)電橋平衡時(shí), 有：R1R4=R2R3 或電橋平衡條件：相鄰兩

10、臂電阻的比值應(yīng)相等, 或相對(duì)兩臂電阻的乘積相等。當(dāng)電橋不平衡時(shí)：則：Uo=01）單臂電橋 R1為工作應(yīng)變片， R2、R3、R4為固定電阻。 假設(shè)橋臂R1的阻值變?yōu)镽1+R1。則輸出電壓：UO=U14-U24 =R2/(R1+R1+R2) -R4/(R3+R4）U經(jīng)運(yùn)算：U0=-R1R4/（R1+R1+R2）（R3+R4）U 分子分母同除以R1R3，設(shè)橋臂比n=R2/R1R3/R4，分母中R1/R1相對(duì)來(lái)說(shuō)是微小項(xiàng),故可略去。略去后產(chǎn)生電橋非線性誤差，討論誤差需要冪級(jí)數(shù)展開數(shù)學(xué)知識(shí)。 U0-n/(1+n)2（R1/R1）U 單臂電橋電壓靈敏度為：Ku=n/(1+n)2U 可知：Ku與電橋電源成正

11、比，同時(shí)與橋臂比有關(guān)。對(duì)于我們討論的等臂電橋來(lái)說(shuō)，R1=R2=R3=R4，即n=1，則上式化為： U0=-（R1/4R1）U 此時(shí), 電橋電壓靈敏度最高。Ku=U/42）雙臂電橋 R1、R2為工作應(yīng)變片，R3、R4為固定電阻。 工作應(yīng)變片R1、R2接入電橋兩相鄰臂，跨在電源兩端。 感受到的應(yīng)變1、2以及產(chǎn)生的電阻增量R1、R2大小相等，方向相反。 假設(shè)：R1阻值變?yōu)镽1+R1； R2阻值變?yōu)镽2-R2。 且：R1=R2=R3=R4=R，R1=R2=R，則由電橋輸出電壓： U0=（R2-R2）/（R1+R1+ R2-R2） -R4/（R3+R4）U = -（R/2R）U 嚴(yán)格的線性關(guān)系，沒(méi)有線性

12、誤差。雙臂電橋電壓的靈敏度為：Ku=U/2 由上式可知：雙臂電橋靈敏度比單臂電橋提高一倍，而且還具有溫度誤差補(bǔ)償作用。3）四臂全橋 全橋的四個(gè)橋臂都為應(yīng)變片， 兩個(gè)受拉，兩個(gè)受壓。將兩個(gè)變形符號(hào)相同的應(yīng)變片接在電橋的相對(duì)臂，符號(hào)不同的接在相鄰臂。假設(shè)4個(gè)橋臂的阻值分別變?yōu)椋?R1+R1、 R2-R2、 R3+R3、 R4+R4； 且：R1=R2=R3=R4=R，R1=R2=R3=R4=R，則電橋輸出電壓： U0=（R2+R2）/（ R1+R1+ R2-R2 ） -（R4+R4）/（ R3+R3+ R4-R4 ）U = -（R/R）U 四臂全橋電壓的靈敏度為：Ku=U 由上式可知：四臂全橋靈敏度

13、是單臂電橋的4倍，其靈敏度最高，能實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償。對(duì)于四臂全橋：接法如前面方式，若R1=R2=R3=R4=R， R1=R2=R3=R4忽略高階微小量（計(jì)算較復(fù)雜，略去），則有： UO=U(R1R2+R3R4)/4R 結(jié)論： UO=(U/4)(R1/R1R2/R2+R3/R3R4/R4) 全橋的溫度補(bǔ)償原理 利用電橋相鄰相等兩臂同時(shí)產(chǎn)生大小相等，符號(hào)相同的電阻增量不會(huì)破壞電橋平衡（無(wú)輸出）的特性來(lái)達(dá)到補(bǔ)償。 當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，橋臂上的應(yīng)變片溫度同時(shí)升高，溫度引起的電阻值漂移數(shù)值一致，可以相互抵消，所以全橋的溫漂較?。话霕蛞餐瑯幽芸朔仄?。 例：利用全橋電路測(cè)量橋梁的上下表面應(yīng)變。 由上圖：R1、

14、R3與R2、R4感受到的應(yīng)變絕對(duì)值相等、符號(hào)相反。當(dāng)試件受力且同時(shí)有溫度變化時(shí)，R1t=R2t=R3t=R4t 溫度變化引起的電阻變化因而應(yīng)變片R1R4產(chǎn)生的電阻增量合并為4倍的R，Rt則相互抵消。 計(jì)算結(jié)果與溫度引起的電阻變化量無(wú)關(guān)。四、應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用 電阻應(yīng)變片的應(yīng)用可分為兩大類：第一類是將應(yīng)變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測(cè)量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成測(cè)量各種物理量的專用應(yīng)變式傳感器。 應(yīng)變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體，傳感元件就是應(yīng)變片，測(cè)量轉(zhuǎn)換電路一般為橋路；第二類是將應(yīng)變片貼于被測(cè)試件上，然后將其接到應(yīng)變儀上就可直接從應(yīng)變儀上讀取被測(cè)試件的應(yīng)變量。電阻應(yīng)變式傳感器 應(yīng)變式傳

15、感器是利用電阻應(yīng)變效應(yīng)做成的傳感器, 是常用的傳感器之一。由電阻應(yīng)變片和測(cè)量電路兩部分組成。應(yīng)變式傳感器的核心元件是電阻應(yīng)變片。電阻應(yīng)變片彈性元件信號(hào)調(diào)節(jié)電路電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路FF-+.應(yīng)變式力傳感器被測(cè)物理量為荷重或力的應(yīng)變式傳感器。作用：作為各種電子秤與材料試驗(yàn)機(jī)的測(cè)力元件，也可用于發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)試，或水壩壩體承載狀況的監(jiān)視。a）圓柱面展開圖 b）橋路連接圖1）圓柱式力傳感器 縱向和橫向各貼四片應(yīng)變片，縱向?qū)ΨQ的R1和R3串接, R2和R4串接, 并置于相對(duì)橋臂以減小偏心載荷及彎矩的影響。2）應(yīng)變片用在懸臂梁上 各種懸臂梁各種懸臂梁 FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及變形 3）

16、應(yīng)變式荷重傳感器FR1R2 R4應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置FF荷重傳感器原理演示 荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長(zhǎng)。 4）汽車衡汽車衡汽車衡稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 電子汽車衡主要由承載器、稱重顯示儀表、稱重傳感器、連接件、限位裝置及接線盒等零部件組成，還可以選配打印機(jī)、大屏幕顯示器、計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備。工作原理被稱重物或載重汽車置于承載器臺(tái)面上，在重力作用下，通過(guò)承載器將重力傳遞至稱重傳感器，使稱重傳感器彈性體產(chǎn)生變形，貼附于彈性體上的應(yīng)變計(jì)橋路失去平衡，輸出與重量數(shù)值成正比例的電信號(hào)。 經(jīng)線性放大器將信號(hào)放大，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由儀表的微處理機(jī)（CPU）對(duì)重量

17、信號(hào)進(jìn)行處理后直接顯示重量數(shù)據(jù)。電子天平電子天平的精度可達(dá)十萬(wàn)分之一人體秤 2.應(yīng)變式壓力傳感器作用：主要用液體、氣體動(dòng)態(tài)和靜態(tài)壓力的測(cè) 量，如內(nèi)燃機(jī)管道和動(dòng)力設(shè)備管道的進(jìn)氣口、出氣口氣體和液體壓力的測(cè)量。平膜片式壓力傳感器：應(yīng)變片貼在膜片內(nèi)壁, 在壓力p作用下, 距離圓心x處膜片產(chǎn)生徑向應(yīng)變r(jià)和切向應(yīng)變t： 在平膜片圓心處切向粘貼R1、R4兩個(gè)應(yīng)變片, 在邊緣處沿徑向粘貼R2、R3兩個(gè)應(yīng)變片, 然后接成全橋測(cè)量電路。徑向應(yīng)變r(jià)與位置關(guān)系圖3.應(yīng)變式加速度傳感器 傳感器由質(zhì)量塊（4）、 應(yīng)變片（1）、 彈性懸臂梁（3） 基座（2）組成。 當(dāng)被測(cè)物做水平加速度運(yùn)動(dòng)時(shí),由于質(zhì)量塊的慣性:F=ma，

18、懸臂梁彎曲變形，通過(guò)應(yīng)變片測(cè)出懸臂梁的應(yīng)變量。 當(dāng)振動(dòng)頻率小于傳感器的固有振動(dòng)頻率時(shí)，懸臂梁的應(yīng)變量與加速度成正比。休 息 一 下2.2 電位器式傳感器 電位器是一種將機(jī)械位移（線位移或角位移）轉(zhuǎn)換為與其成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓的機(jī)電傳感元件。一、組成與特點(diǎn)1、組成：常用電位器傳感器由電位器（骨架、電 阻絲 ）和觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)（電刷等）等組成。2、特點(diǎn)：輸出信號(hào)大，測(cè)量線路簡(jiǎn)單，成本低， 性能穩(wěn)定并容易實(shí)現(xiàn)任意函數(shù)。 但要求輸入能量大，電刷與電阻元件之 間容易磨損。二、工作原理 通過(guò)改變電位器的滑動(dòng)觸頭（電刷）的位置，將線位移或角位移等位移量轉(zhuǎn)換為電阻或電壓的變化。1 2 3 132直線型旋轉(zhuǎn)型U

19、O=U(X/L)UO=U(/2)電位器的類型電位器式傳感器按結(jié)構(gòu)形式圖 電位器結(jié)構(gòu)形式直線位移型角位移型按工藝特點(diǎn)線繞式非線繞式按制作材料繞線式電位器合成膜電位器金屬膜電位器導(dǎo)電塑料電位器導(dǎo)電玻璃釉電位器光電式電位器 慣性敏感元件在被測(cè)加速度的作用下，使片狀彈簧產(chǎn)生正比于被測(cè)加速度的位移，從而引起電刷在電阻體上下滑動(dòng)，輸出與加速度成比例的電壓信號(hào)。 當(dāng)被測(cè)流體通入彈性敏感元件膜盒的內(nèi)腔時(shí)，在流體壓力作用下，膜盒硬中心產(chǎn)生彈性位移，推動(dòng)連桿上移，使曲柄軸帶動(dòng)電位器的電刷在電阻體上滑動(dòng)，輸出與被測(cè)壓力成正比的電壓信號(hào)。返回本章目錄應(yīng)用舉例原理： 熱電阻效應(yīng)：物質(zhì)的電阻率隨溫度變化而變化的物理現(xiàn)象稱

20、為熱電阻效應(yīng)。定義： 熱電阻傳感器：利用電阻隨溫度變化的特性制成的傳感器。2.3 測(cè)溫?zé)犭娮鑲鞲衅髯饔茫?主要用于對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行測(cè)量。（-200+960）分類： 按熱電阻的性質(zhì)分 金屬熱電阻熱電阻 半導(dǎo)體熱電阻熱敏電阻一、熱電阻1熱電阻的工作原理 金屬的電阻值隨溫度的升高而增加，即電阻溫度系數(shù)為正。右圖為金屬的熱電阻溫度特性曲線實(shí)驗(yàn)證明：大多數(shù)金屬在溫度每升高1時(shí)其電阻值要增 0.40.6%。 在金屬中，參與導(dǎo)電的是自由電子，也即是說(shuō)金屬導(dǎo)電是由于金屬中的自由電子定向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的。 對(duì)于金屬導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，當(dāng)溫度升高時(shí)，雖然自由電子數(shù)目基本不變（當(dāng)溫度變化范圍不是很大時(shí)），但每個(gè)自由電子

21、的動(dòng)能將增加，因而在一定的電場(chǎng)作用下，要使這些雜亂無(wú)章的電子作定向運(yùn)動(dòng)就會(huì)遇到更大的阻力，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，因而金屬電阻值隨溫度的升高而增加。 取一只 100W/220V 燈泡，用萬(wàn)用表測(cè)量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484 。 2測(cè)量電路 熱電阻的測(cè)量電路通常采用不平衡電橋來(lái)轉(zhuǎn)換，熱電阻在工業(yè)測(cè)量橋路中的接法常采用兩線制和三線制兩種。1）熱電阻兩線測(cè)量橋路 1電阻體 2引出線 3顯示表當(dāng)導(dǎo)線溫度變化時(shí)，將產(chǎn)生附加電阻，引起測(cè)量誤差。2）熱電阻三線測(cè)量橋路1電阻體 2引出線 3顯示表 當(dāng)熱電阻阻值較小時(shí)，常采用三線制接法，可以消除和

22、減少引線電阻的影響。 兩條引線接于相鄰的兩臂上，由于附加電阻引起的電阻變化是相同的，根據(jù)電橋的特性，電橋的輸出將互相抵消。3熱電阻材料及其結(jié)構(gòu)1）熱電阻材料易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻。制作熱電阻的電阻體材料應(yīng)具有的特點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)大，以便提高熱電阻的靈敏度。電阻率盡可能大，以便在相同靈敏度下減小電阻體尺寸。其化學(xué)、物理性能穩(wěn)定。材料的提純、可延、自制等工藝性好。 根據(jù)上述特點(diǎn)，較為廣泛應(yīng)用的熱電阻材料有：鉑、銅、鎳、鐵、和銠鐵合金等，而常用的是鉑、銅。 2）熱電阻的結(jié)構(gòu)組成： 熱電阻由電阻體12、引出線11、絕緣套管10和接線盒7等部件組成，其中，電阻體是熱電阻的最主要部件

23、。分類： 金屬熱電阻按照結(jié)構(gòu)類型分： 普通型 鎧裝型 薄模型普通工業(yè)用熱電阻薄膜型及普通型鉑熱電阻 小型鉑熱電阻 防爆型鉑熱電阻 4常用的熱電阻1）鉑熱電阻鉑：pt，通稱白金。優(yōu)點(diǎn)：物理、化學(xué)性能極為穩(wěn)定，耐氧化能力強(qiáng)；易于提純，復(fù)制性好，電阻率較高。缺點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)??；在還原介質(zhì)中（特別是高溫下）工作時(shí)易被沾污變脆；價(jià)格較高。鉑熱電阻的阻值與溫度間的關(guān)系近似線性：-2000時(shí): Rt=R01+At+Bt2+C(t-100)t3 0850時(shí): Rt=R0(1+At+Bt2) A、B、C溫度系數(shù) Rt溫度為t時(shí)鉑熱電阻得阻值； R0溫度為0時(shí)鉑熱電阻得阻值。我國(guó)鉑熱電阻使用范圍有：-20065

24、0 測(cè)溫誤差：t= (0.15+0.002t)； -200850 測(cè)溫誤差：t= (0.3+0.005t)。2）銅熱電阻 在一些測(cè)量精度不高且溫度較低的場(chǎng)合一般采用銅熱電阻，可用它測(cè)量-50150的溫度，測(cè)溫誤差為： t= (0.3+0.006t) 。 在上述使用溫度范圍內(nèi)，阻值與溫度的關(guān)系幾乎成線性關(guān)系，即可近似表示為 Rt=R0(1+t) 式中電阻溫度系數(shù), =(4.254.28)103/優(yōu)點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)比鉑高；容易提純，加工性能好，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：電阻率比鉑低；易氧化，不宜在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。學(xué)習(xí)查“鉑熱電阻分度表”附錄 鉑熱電阻分度表 熱電阻應(yīng)用熱電阻式流量計(jì)是根據(jù)物理學(xué)中關(guān)于

25、介質(zhì)內(nèi)部熱傳導(dǎo)現(xiàn)象制成的。 如果將溫度為tn的熱電阻放在溫度為tc介質(zhì)內(nèi)，設(shè)熱電阻與介質(zhì)相接觸的表面面積為A， 則熱電阻耗散的熱量Q可表示為： Q=KA(tn-tc) K熱傳導(dǎo)系數(shù)或稱傳熱系數(shù)。K與介質(zhì)的密度、粘度、平均流速等參數(shù)有關(guān)。 當(dāng)其它參數(shù)為定值時(shí)，K僅與介質(zhì)的平均流速成正比。即： 上式說(shuō)明：通過(guò)測(cè)量熱電阻耗散的熱量Q即可測(cè)量介質(zhì)的平均流速。Rt1放在被測(cè)介質(zhì)的流通管道的中心，它所耗散的熱量與被測(cè)介質(zhì)的平均流速成正比。Rt2放在溫度與被測(cè)介質(zhì)相同、但不受介質(zhì)流速影響的連通室中,一旦電橋中Rt1阻值變化電橋失去平衡檢流計(jì)P有指示。下圖所示為熱電阻流量計(jì)的電路原理圖： 熱敏電阻也是利用電阻

26、值隨溫度變化而變化的特性制成的一種敏感元件。二、熱敏電阻1熱敏電阻的工作原理 半導(dǎo)體中參加導(dǎo)電的是載流子，所以半導(dǎo)體本身的電阻率比金屬大得多。 隨溫度的升高，參加導(dǎo)電的載流子數(shù)目增加，半導(dǎo)體的電阻率降低，電阻值減小。 即半導(dǎo)體的電阻率隨溫度上升按指數(shù)規(guī)律下 降。當(dāng)溫度變化1時(shí)，某些半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻值變化將達(dá)到（36）%。靈敏度比金屬熱電阻高。熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)：1）熱敏電阻隨溫度有很大的變化，所以容易得到很大的信號(hào)變化，靈敏度較高。2）與金屬熱電阻相比，其電阻很大，很容易做出數(shù)千歐到數(shù)百千歐的熱敏電阻，體積小。 另外，因?yàn)槠潆娮璐?，即便是加長(zhǎng)引線，引線的電阻也可以忽略不計(jì)，因而減小了引線電阻的

27、影響。 熱敏電阻有負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）和正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）兩大類。NTC又可分為兩大類： 第一類為負(fù)指數(shù)型。用于測(cè)量溫度，它的電阻值與溫度之間呈嚴(yán)格的負(fù)指數(shù)關(guān)系； 第二類為突變型。當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí)，其電阻值突然下降。分類：下圖所示的曲線分別為哪一種熱敏電阻？12345負(fù)指數(shù)型NTC突變型NTC鉑熱電阻線性型PTC負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻多由多晶半導(dǎo)體氧化物按一定比例擠壓成形。若混合物的成分和配比改變，就可以獲得測(cè)溫范圍、阻值及溫度系數(shù)不同的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。形狀：圓片形、柱形、球形、鎧裝形、薄膜形和厚膜形等。2熱敏電阻的外形熱敏電阻的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào) a）圓片型熱敏電阻

28、b）柱型熱敏電阻 c）球熱敏電阻 d）鎧裝型 e）厚膜型 f）圖形符號(hào)1熱敏電阻 2玻璃外殼 3引出線 4紫銅外殼 5傳熱安裝孔 MF12型 NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻其他形式的熱敏電阻 玻璃封裝 NTC熱敏電阻MF58 型熱敏電阻帶安裝孔的熱敏電阻大功率PTC熱敏電阻 貼片式NTC熱敏電阻 MF58型（珠形）高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻其他熱敏電阻其他熱敏電阻（續(xù)） 其他熱敏電阻（續(xù)） 例：汽車變速器油溫傳感器檢測(cè) 1安裝位置 2構(gòu)造與工作原理 液壓油溫度傳感器內(nèi)部是一個(gè)半導(dǎo)體熱敏電阻，它具有負(fù)的溫度電阻系數(shù)。溫度愈高，電阻愈低。電腦根據(jù)其電阻的變化測(cè)出自動(dòng)變速器液

29、壓油的溫度。 4檢測(cè) 拆下液壓油溫度傳感器，將傳感器置于盛有水的燒杯中，加熱杯中的水，測(cè)量在不同溫度下傳感器兩接線端之間的電阻。 熱敏電阻溫度面板表 熱敏電阻LCD3熱敏電阻的應(yīng)用1）熱敏電阻測(cè)溫（熱敏電阻體溫表） 用熱敏電阻測(cè)溫時(shí)必須先調(diào)零，再調(diào)滿度，最后再驗(yàn)證分度盤中其他各點(diǎn)的溫差是否在允許范圍內(nèi)，這一過(guò)程稱為標(biāo)定。熱敏電阻體溫表的調(diào)試、標(biāo)定方法：電橋法 調(diào)試時(shí)，應(yīng)該先調(diào)哪RP1電位器，再調(diào)哪RP2電位器. 如何檢驗(yàn)表面刻度中其他各點(diǎn)是否準(zhǔn)確？熱敏電阻體溫表 一、濕敏電阻式傳感器 濕敏電阻式傳感器的敏感元件是濕敏電阻。 濕敏電阻是利用濕敏材料吸收空氣中的水分而導(dǎo)致本身電阻值發(fā)生變化的原理而

30、制成的。 可以利用多孔陶瓷、三氧化二鋁等吸濕材料制作濕敏電阻。 2.4.2 濕敏電阻式傳感器陶瓷濕度傳感器特性曲線 在右圖所示的陶瓷濕度傳感器特性曲線中，縱坐標(biāo)的標(biāo)度有何特點(diǎn)？ 濕敏元件的電阻值隨相對(duì)濕度的增加而減??；且當(dāng)相對(duì)濕度從0%到100%變化時(shí)，傳感器的 電阻值很快減小。濕敏電阻的結(jié)構(gòu) 濕敏電阻主要由感濕層（濕敏層3）、電極(4)、引線（1）和具有一定機(jī)械強(qiáng)度的絕緣基片(2)組成。電子式溫濕度計(jì)機(jī)械式、電子式溫濕度計(jì)對(duì)比露點(diǎn) 降低溫度會(huì)產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。結(jié)露嚴(yán)重影響電子儀器的正常工作，必須予以注意。 測(cè)量露點(diǎn)的儀器露點(diǎn)傳感器外形 氣敏電阻傳感器，可以把某種氣體的成分、濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成電阻變

31、化量，再轉(zhuǎn)換為電流、電壓信號(hào)。 定義： 利用半導(dǎo)體氣敏元件同氣體接觸，造成半導(dǎo)體性質(zhì)變化，借此來(lái)檢測(cè)氣體的成分或者測(cè)量其濃度的傳感器。2.4.3 氣敏電阻式傳感器 應(yīng)用場(chǎng)合： 一般用于易燃、易爆、有毒、有害氣體的檢測(cè)和報(bào)警。基本要求：1）對(duì)被測(cè)氣體有較高的靈敏度；2）氣體選擇性好；3）能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定工作；4）響應(yīng)速度快。酒精測(cè)試儀呼氣管酒精傳感器的選擇性 氣敏半導(dǎo)體的靈敏度特性曲線 觀察右圖這些曲線，有何特點(diǎn)？可以得出哪些啟示？電阻由圖知：斜率逐漸減小 即被測(cè)氣體濃度低時(shí)，有較大的電阻變化；濃度較大時(shí)，則變化趨緩。有較大的非線性 這種特性較適合于氣體的微量檢漏，濃度檢測(cè)或超限報(bào)警。氣敏電阻的材料

32、 氣敏電阻的材料是金屬氧化物，在合成材料時(shí)，通過(guò)化學(xué)計(jì)量比的偏離和雜質(zhì)缺陷制成。 金屬氧化物半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體 為了提高某種氣敏元件對(duì)某些氣體成分的選擇性和靈敏度，合成材料時(shí)，還摻入催化劑。2氣敏電阻的外形 酒精傳感器 其他可燃性氣體傳感器氣敏電阻的工作原理 金屬氧化物在常溫下是絕緣的，制成半導(dǎo)體后卻顯示氣敏特性。其電阻率隨氣體的吸附而發(fā)生變化。1）物理吸附：在常溫下，主要是氣體與氣敏材料表面上分子的吸附。這種結(jié)合力是范得瓦爾斯力。2）化學(xué)吸附：溫度升高，化學(xué)吸附增加，并在某一溫度達(dá)到最大值。氣體與氣敏材料表面建立離子吸附。 但若溫度再升高，由于解吸作用，兩種吸附同時(shí)減小。例如：用氧化錫（SnO2）制成的氣敏元件，在常溫下吸附某種氣體