传感器论文.doc

湖北文理学院
传
感
器
课
程
论
文
设
计
2014年12月20日
姓名:成民民
班级:1211电工
学号:2012128011
热电阻传感器
摘要:热电阻传感器适用于温度检测要求较高的场合。介绍了金属热电阻和热敏热电阻传感器的工作原理、分类、结构及应用。
关键词:传感器;热电阻;热敏
热电阻传感器的原理及设计
1. 工作原理
在金属中,载流子为自由电子,当温度升高时,虽然自由电子数目基本不变(当温度变化范围不是很大时),但每个自由电子的动能将增加,因而在一定的电场作用下,要使这些杂乱无章的电子作定向运动就会遇到更大的阻力,导致金属电阻值随温度的升高而增加。热电阻就要是利用电阻随温度升高而增大这一特性来测量温度的。
热敏电阻是一种新型的半导体测温元件。半导体中参加导电的是载流子,由于半导体中载流子的数目远比金属中的自由电子数目少得多,所以它的电阻率大。随温度的升高,半导体中更多的价电子受热激发跃迁到较高能级而产生新的电子—空穴对,因而参加到电的载流子数目增加了,半导体的电阻率也就降低了(电导率增加)。因为载流子数目随温度上升按指数规律增加,所以半导体的电阻率也就随温度上升按指数规律下降。热敏电阻正是利用半导体这种载流子数随温度变化而变化的特性制成的一种温度敏感元件。当温度变化1℃时,某些半导体热敏电阻的阻值变化将达到(3~6)%。在一定条件下,根据测量热敏电阻值的变化得到温度的变化。

热电阻传感器按不同的分类方式可以分为多种。按材料分,热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类,前者简称热电阻,后者简称热敏电阻。按结构分,普通型热电阻、锴装热电阻、薄膜热电阻。按用途分,工业用热电阻、精密标准电阻。以下是按照第一类来介绍热电阻传感器。
金属热电阻传感器
目前较为广泛应用的热电阻材料是铂、铜、镍、铁和铑铁合金等,而常用的是铂、铜,他们的电阻温度系数在
范围内。作为测温用的热电阻材料,希望电阻温度系数要大,以提高热电阻的灵敏度;电阻率尽可能大,以便减小电阻体尺寸;热容量要小,以便提高热电阻的响应速度;在测量范围内,应具有稳定的物理和化学性能;电阻与温度的关系最好接近于线性;应有良好的可加工性,且价格便宜。在铂、铜中,铂的性能最好,采用特殊的结构可以制成标准温度计,它的适用范围为;铜电阻价廉并且线性较好,但温度高易氧化,故只适用于温度较低的环境中,目前已逐渐被铂电阻所取代。
铂热电阻
铂材料的优点为:物理、化学性能极为稳定尤其是耐氧化能力很强,并且在很宽的温度范围内(1200℃以下)均可保持上述特性;易于提纯,复制性好,有良好的工艺性,可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔;电阻率较高。缺点是:电阻温度系数较小;在还原介质中工作时易被沾污变脆;价格较高。
铂热电阻的阻值与温度的关系近似线性,其特性方程为
当-200℃≤t≤0℃时:
当0℃≤t≤960℃时:
式中——温度为t℃时铂热电阻的阻值,单位为Ω;
——温度为0℃时铂热电阻的阻值,单位为Ω;
A、B、C——温度系数,它们的数值分别为,
,。
铜热电阻
铂金属贵重,因此在一些测量精度要求不高且温度较低的场合,普遍地采用铜热电阻来测量-50~+150℃的温度。铜热电阻有如下特点。