自動檢測技術(shù)及應(yīng)用

關(guān)于自動檢測技術(shù)及應(yīng)用第一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/62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。自動檢測技術(shù)及應(yīng)用第2版高職高專ppt課件第二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/63§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)變片及測量轉(zhuǎn)換電路等組成。自動檢測技術(shù)及應(yīng)用第2版高職高專ppt課件第三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/64一、應(yīng)變片的工作原理

金屬絲受拉時，l變長、r變小，導(dǎo)致R變大。自動檢測技術(shù)及應(yīng)用第2版高職高專ppt課件第四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/65

設(shè)有一長度為l、截面積為A、半徑為r、電阻率為的金屬單絲，它的電阻值R可表示為:

當(dāng)沿金屬絲的長度方向作用均勻拉力（或壓力）時，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，l將變長、r變小，均導(dǎo)致R變大；又如，某些半導(dǎo)體受拉時，將變大，導(dǎo)致R變大。自動檢測技術(shù)及應(yīng)用第2版高職高專ppt課件第五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/66

實(shí)驗(yàn)證明，電阻絲及應(yīng)變片的電阻相對變化量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)變片的靈敏度對于不同的金屬材料，K略微不同，一般為2左右。而對半導(dǎo)體材料而言，由于其感受到應(yīng)變時，電阻率會產(chǎn)生很大的變化，所以靈敏度比金屬材料大幾十倍。

自動檢測技術(shù)及應(yīng)用第2版高職高專ppt課件第六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/67

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，在工程中常表示為110-6或m/m。在應(yīng)變測量中，也常將之稱為微應(yīng)變(με)。

對金屬材料而言，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，否則有可能超過材料的極限強(qiáng)度而導(dǎo)致斷裂。自動檢測技術(shù)及應(yīng)用第2版高職高專ppt課件第七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/68應(yīng)變片用于測量力F的計(jì)算公式：由材料力學(xué)可知：

x＝F/AE(E為彈性模量)

而

R/R＝Kx

故：R/R＝KF/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。例如可用于電子稱的稱重。自動檢測技術(shù)及應(yīng)用第2版高職高專ppt課件第八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/69分析與總結(jié)影響電阻值變化的因素：1、電阻絲長度的變化；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，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，故可測微小應(yīng)變。自動檢測技術(shù)及應(yīng)用第2版高職高專ppt課件第九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6101.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。二、應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)與粘貼自動檢測技術(shù)及應(yīng)用第2版高職高專ppt課件第十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/611（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。測量時應(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。同時基片絕緣性能要好，否則應(yīng)變片微小電信號就要漏掉。由紙薄、膠質(zhì)膜等制成。第十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/612（3）覆蓋層

保護(hù)作用。防濕、蝕、塵。（4）引線

連接電阻絲與測量電路，輸出電參量。第十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/613應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/614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)變片的種類第十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/615

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。但其價格便宜，多用于應(yīng)變、應(yīng)力的大批量、一次性試驗(yàn)。金屬絲式第十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/616

箔式應(yīng)變片中的箔柵是金屬箔通過光刻、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，在長時間測量時的蠕變較小，一致性較好，適合于大批量生產(chǎn)。目前廣泛用于各種應(yīng)變式傳感器中。

第十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/617箔式應(yīng)變片的外形第十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/618

半導(dǎo)體應(yīng)變片的主要特點(diǎn)是：當(dāng)受力時，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。第十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/619

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軸向伸長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。第十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/620３.應(yīng)變片的粘貼：

1)去污：采用手持砂輪工具除去構(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。第二十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/621

2.貼片：在應(yīng)變片的表面和處理過的粘貼表面上，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。第二十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/622

3.測量：從分開的端子處，預(yù)先用萬用表測量應(yīng)變片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應(yīng)變片。第二十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/623

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。

第二十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/624

5.固定：焊接后用膠布將引線和被測對象固定在一起，防止損壞引線和應(yīng)變片。

第二十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/625三、測量轉(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的變化量僅為0.2，所以必須使用電橋來測量這一微小的變化量。下面分析該橋式測量轉(zhuǎn)換電路是如何將R/R轉(zhuǎn)換為輸出電壓Uo的。

第二十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/626

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量靜態(tài)參數(shù)，而不平衡電橋?qū)o、動態(tài)參數(shù)都可測量。我們只討論直流不平衡電橋。第二十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/627

直流電橋電路如下圖，它的四個橋臂由電阻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．直流不平衡電橋的工作原理

第二十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/628

初始狀態(tài)下，電橋是平衡的，輸出為零。當(dāng)其中一個橋臂（或兩個、三個、四個）上受到應(yīng)變作用后，則阻值將發(fā)生變化，橋路失去平衡，就會有信號U0輸出。第二十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/629當(dāng)電橋平衡時,有：R1R4=R2R3

或電橋平衡條件：相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等,或相對兩臂電阻的乘積相等。當(dāng)電橋不平衡時：則：Uo=0第二十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6301）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+ΔR1。則輸出電壓：UO=U14-U24

=[R2/(R1+ΔR1+R2)-R4/(R3+R4）]U第三十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/631經(jīng)運(yùn)算：U0=[ΔR1R4/（R1+ΔR1+R2）（R3+R4）]U

分子分母同除以R1R3，設(shè)橋臂比n=R2/R1＝R3/R4，分母中ΔR1/R1相對來說是微小項(xiàng),故可略去。

U0≈-[n/(1+n)2]（ΔR1/R1）U

單臂電橋電壓的靈敏度為：Ku=[n/(1+n)2]U

可知：Ku與電橋電源成正比，同時與橋臂比有關(guān)。對于我們討論的等臂電橋來說，R1=R2=R3=R4，即n=1，則上式化為：

U0=（ΔR1/4R1）U

此時,電橋電壓靈敏度最高。Ku=U/4第三十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6322）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ΔR1、ΔR2大小相等，方向相反。第三十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/633

假設(shè)：R1阻值變?yōu)镽1+ΔR1；

R2阻值變?yōu)镽2-ΔR2。且：R1=R2=R3=R4=R，ΔR1=ΔR2=ΔR，則由電橋輸出電壓：

U0=[（R1+ΔR1）/（R1+ΔR1+

R2-ΔR2）

-R4/（R3+R4）]U=（ΔR/2R）U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。第三十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6343）四臂全橋

全橋的四個橋臂都為應(yīng)變片，兩個受拉，兩個受壓。將兩個變形符號相同的應(yīng)變片接在電橋的相對臂，符號不同的接在相鄰臂。第三十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/635假設(shè)4個橋臂的阻值分別變?yōu)椋?/p>

R1+ΔR1、

R2-ΔR2、

R3+ΔR3、

R4-ΔR4；且：R1=R2=R3=R4=R，ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4=ΔR，則電橋輸出電壓：

U0=[（R1+ΔR1）/（R1+ΔR1+

R2-ΔR2

）

-（R4-ΔR4）/（R3+ΔR3+

R4-ΔR4

）]U=（ΔR/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。第三十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/636對于四臂全橋：接法如前面方式，若R1=R2=R3=R4=R，

ΔR1=－ΔR2=ΔR3=－ΔR4忽略高階微小量（計(jì)算較復(fù)雜，略去），則有：

UO=U(ΔR1－ΔR2+ΔR3－ΔR4)/4R

結(jié)論：

UO=(U/4)(ΔR1/R1－ΔR2/R2+ΔR3/R3－ΔR4/R4)第三十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/637全橋的溫度補(bǔ)償原理

利用電橋相鄰相等兩臂同時產(chǎn)生大小相等，符號相同的電阻增量不會破壞電橋平衡（無輸出）的特性來達(dá)到補(bǔ)償。

當(dāng)環(huán)境溫度升高時，橋臂上的應(yīng)變片溫度同時升高，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?。第三十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/638例：利用全橋電路測量橋梁的上下表面應(yīng)變。

由上圖：R1、R3與R2、R4感受到的應(yīng)變絕對值相等、符號相反。請大家思考測量轉(zhuǎn)換電路該如何接？第三十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/639當(dāng)試件受力且同時有溫度變化時，△R1t=△R2t=△R3t=△R4t

因而應(yīng)變片R1～R4產(chǎn)生的電阻增量合并為4倍的△Rε，△Rt則相互抵消。計(jì)算結(jié)果與溫度引起的電阻變化量無關(guān)。第三十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/640四、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，并將其接到測量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成測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，測量轉(zhuǎn)換電路一般為橋路；第二類是將應(yīng)變片貼于被測試件上，然后將其接到應(yīng)變儀上就可直接從應(yīng)變儀上讀取被測試件的應(yīng)變量。第四十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/641１.應(yīng)變式力傳感器被測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)的測力元件，也可用于發(fā)動機(jī)的推力測試，或水壩壩體承載狀況的監(jiān)視。第四十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/642a）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,并置于相對橋臂以減小偏心載荷及彎矩的影響。第四十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6432）應(yīng)變片用在懸臂梁上

各種懸臂梁第四十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/644各種懸臂梁

FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜第四十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/645應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及變形

第四十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日3）應(yīng)變式荷重傳感器FR1R2R4第四十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置FF第四十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日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。

第四十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6494）汽車衡第四十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/650汽車衡第五十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日汽車衡稱重系統(tǒng)第五十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/652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面上，在重力作用下，通過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。經(jīng)線性放大器將信號放大，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由儀表的微處理機(jī)（CPU）對重量信號進(jìn)行處理后直接顯示重量數(shù)據(jù)。第五十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日電子天平電子天平的精度可達(dá)十萬分之一第五十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日人體秤

第五十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6552.應(yīng)變式壓力傳感器作用：主要用液體、氣體動態(tài)和靜態(tài)壓力的測量，如內(nèi)燃機(jī)管道和動力設(shè)備管道的進(jìn)氣口、出氣口氣體和液體壓力的測量。第五十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/656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εr和切向應(yīng)變εt：

在平膜片圓心處切向粘貼R1、R4兩個應(yīng)變片,在邊緣處沿徑向粘貼R2、R3兩個應(yīng)變片,然后接成全橋測量電路。第五十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6573.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)被測物做水平加速度運(yùn)動時,由于質(zhì)量塊的慣性:F=ma，懸臂梁彎曲變形，通過應(yīng)變片測出懸臂梁的應(yīng)變量。當(dāng)振動頻率小于傳感器的固有振動頻率時，懸臂梁的應(yīng)變量與加速度成正比。第五十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/658休息一下第五十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/659§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。第五十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/660一、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)：輸出信號大，測量線路簡單，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。第六十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/661二、工作原理

通過改變電位器的滑動觸頭（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。123132直線型旋轉(zhuǎn)型UO=U(X/L)UO=U(α/2π)第六十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/662休息一下第六十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/663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?！?.3測溫?zé)犭娮鑲鞲衅鞯诹摚惨话偎氖摚?022年，8月28日2023/2/664作用：主要用于對溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行測量。（-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——熱敏電阻第六十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/665一、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℃時其電阻值要增

0.4~0.6%。第六十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/666

在金屬中，參與導(dǎo)電的是自由電子，也即是說金屬導(dǎo)電是由于金屬中的自由電子定向運(yùn)動導(dǎo)致的。對于金屬導(dǎo)體來說，當(dāng)溫度升高時，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），但每個自由電子的動能將增加，因而在一定的電場作用下，要使這些雜亂無章的電子作定向運(yùn)動就會遇到更大的阻力，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。第六十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/667

取一只100W/220V燈泡，用萬用表測量其電阻值，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

。

第六十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6682．測量電路

熱電阻的測量電路通常采用不平衡電橋來轉(zhuǎn)換，熱電阻在工業(yè)測量橋路中的接法常采用兩線制和三線制兩種。第六十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6691）熱電阻兩線測量橋路

1—電阻體

2—引出線

3—顯示表當(dāng)導(dǎo)線溫度變化時，將產(chǎn)生附加電阻，引起測量誤差。第六十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6702）熱電阻三線測量橋路1—電阻體2—引出線3—顯示表當(dāng)熱電阻阻值較小時，常采用三線制接法，可以消除和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。第七十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6713．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)：①電阻溫度系數(shù)大，以便提高熱電阻的靈敏度。②電阻率ρ盡可能大，以便在相同靈敏度下減小電阻體尺寸。③其化學(xué)、物理性能穩(wěn)定。④材料的提純、可延、自制等工藝性好。第七十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/672第七十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/673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。

第七十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6742）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。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)用熱電阻第七十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/675薄膜型及普通型鉑熱電阻

第七十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/676小型鉑熱電阻

第七十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/677防爆型鉑熱電阻

第七十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6784．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）工作時易被沾污變脆；價格較高。第七十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/679鉑熱電阻的阻值與溫度間的關(guān)系近似線性：-200℃～0℃時:Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]0℃～850℃時:Rt=R0(1+At+Bt2)A、B、C——溫度系數(shù)

Rt——溫度為t℃時鉑熱電阻得阻值；

R0——溫度為0℃時鉑熱電阻得阻值。我國鉑熱電阻使用范圍有：-200～650℃測溫誤差：Δt=±

(0.15+0.002︱t︱)；

-200～850℃測溫誤差：Δt=±

(0.3+0.005︱t︱)。第七十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6802）銅熱電阻在一些測量精度不高且溫度較低的場合一般采用銅熱電阻，可用它測量-50～150℃的溫度，測溫誤差為：Δt=±

(0.3+0.006︱t︱)

。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+αt)式中α——電阻溫度系數(shù),α=(4.25～4.28)×10－3/℃第八十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/681優(yōu)點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)比鉑高；容易提純，加工性能好，價格便宜。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。第八十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/682學(xué)習(xí)查“鉑熱電阻分度表”附錄鉑熱電阻分度表

第八十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/683５．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)。第八十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/684

當(dāng)其它參數(shù)為定值時，K僅與介質(zhì)的平均流速成正比。即：

上式說明：通過測量熱電阻耗散的熱量Q即可測量介質(zhì)的平均流速。第八十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/685Rt1放在被測介質(zhì)的流通管道的中心，它所耗散的熱量與被測介質(zhì)的平均流速成正比。Rt2放在溫度與被測介質(zhì)相同、但不受介質(zhì)流速影響的連通室中下圖所示為熱電阻流量計(jì)的電路原理圖：請大家分析電橋？第八十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/686

熱敏電阻也是利用電阻值隨溫度變化而變化的特性制成的一種敏感元件。二、熱敏電阻第八十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6871．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，某些半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻值變化將達(dá)到（3～6）%。靈敏度比金屬熱電阻高。第八十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/688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影響。第八十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/689

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，其電阻值突然下降。分類：第八十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/690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鉑熱電阻第九十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/691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．熱敏電阻的外形第九十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/692熱敏電阻的外形、結(jié)構(gòu)及符號

a）圓片型熱敏電阻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—傳熱安裝孔第九十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/693

MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻第九十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/694其他形式的熱敏電阻

玻璃封裝

NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻第九十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/695帶安裝孔的熱敏電阻大功率PTC熱敏電阻第九十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/696

貼片式NTC熱敏電阻第九十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/697

MF58型（珠形）高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻第九十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/698其他熱敏電阻第九十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/699其他熱敏電阻（續(xù)）第九十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6100其他熱敏電阻（續(xù)）

第一百頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6101熱敏電阻溫度面板表熱敏電阻LCD第一百零一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/61023．熱敏電阻的應(yīng)用1）熱敏電阻測溫（熱敏電阻體溫表）

用熱敏電阻測溫時必須先調(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)，這一過程稱為標(biāo)定。第一百零二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6103熱敏電阻體溫表的調(diào)試、標(biāo)定方法

調(diào)試時，應(yīng)該先調(diào)哪一只電位器，再調(diào)哪一只電位器？如何檢驗(yàn)表面刻度中其他各點(diǎn)是否準(zhǔn)確？第一百零三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6104熱敏電阻體溫表第一百零四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6105休息一下第一百零五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6106§2.4其他電阻式傳感器

本節(jié)介紹濕敏電阻和氣敏電阻式傳感器。第一百零六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6107一、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。第一百零七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6108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濕度的增加而減小；且當(dāng)相對濕度從0%到100%變化時，傳感器的電阻值很快減小。第一百零八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6109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。第一百零九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6110電子式溫濕度計(jì)第一百一十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6111機(jī)械式、電子式溫濕度計(jì)對比第一百一十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6112露點(diǎn)

降低溫度會產(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。

測量露點(diǎn)的儀器第一百一十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6113露點(diǎn)傳感器外形

第一百一十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6114

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)換成電阻變化量，再轉(zhuǎn)換為電流、電壓信號。

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，借此來檢測氣體的成分或者測量其濃度的傳感器。二、氣敏電阻式傳感器

第一百一十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6115應(yīng)用場合：一般用于易燃、易爆、有毒、有害氣體的檢測和報(bào)警。基本要求：1）對被測氣體有較高的靈敏度；2）氣體選擇性好；3）能夠長期穩(wěn)定工作；4）響應(yīng)速度快。第一百一十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6116酒精測試儀呼氣管第一百一十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6117酒精傳感器的選擇性第一百一十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6118

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？電阻第一百一十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6119由圖知：斜率逐漸減小即被測氣體濃度低時，有較大的電阻變化；濃度較大時，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，濃度檢測或超限報(bào)警。第一百一十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6120１．氣敏電阻的材料氣敏電阻的材料是金屬氧化物，在合成材料時，通過化學(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某些氣體成分的選擇性和靈敏度，合成材料時，還摻入催化劑。第一百二十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/61212．氣敏電阻的外形

酒精傳感器

其他可燃性氣體傳感器第一百二十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6122３．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。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)合力是蕩得瓦爾斯力。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，兩種吸附同時減小。第一百二十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6123例如：用氧化錫（SnO2）制成的氣敏元件，在常溫下吸附某種氣體后，其電導(dǎo)率變化不大，表明此時是物理吸附；若保持該種氣體濃度不變，該元件的電導(dǎo)率隨元件本身溫度的升高而升高，尤其在100～300℃范圍內(nèi)電導(dǎo)率變化很大，表明此溫度范圍內(nèi)化學(xué)吸附作用大。請問：為了得到較高的靈敏度，我們需要采取什么措施？

讓氣敏元件工作在較高的溫度范圍內(nèi)。第一百二十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2023/2/6124４．氣敏電阻的加熱器氣敏元件工作時需要本身的溫度比環(huán)境溫度高很多，因此，氣敏元件在結(jié)構(gòu)上要有加熱器。通常用電阻絲加熱。如右圖所示:圖中1、2為加熱電極；3、4是氣敏電阻一對電極。第一百