1、傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用電子科技大學(xué)中山學(xué)院 2013電阻式傳感器電阻式傳感器電阻式傳感器 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、熱電偶、氣敏電阻及濕敏電阻等。第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器2llRAr金屬絲受拉時(shí)，金屬絲受拉時(shí)，l l 變長(zhǎng)、變長(zhǎng)、r r 變小，導(dǎo)致變小，導(dǎo)致R R變大變大 。第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 ALR 2dAALdALdLAdR第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 AdAdLdLRdR 222rdrrrdrAdAll+ dl2r2(r-dr)F圖2-1 金屬絲

2、的應(yīng)變效應(yīng)第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器金金屬屬的的徑徑向向應(yīng)應(yīng)變變金金屬屬的的軸軸向向應(yīng)應(yīng)變變令令yxrdrLdL 由材料力學(xué)的知識(shí)：在彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力時(shí)，沿軸向伸長(zhǎng)，沿徑向縮短，則軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系為：第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 )21 ( )21 ( xxxdRdRdRdR或 )21 ( xxSdRdRK令第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 將金屬電阻絲（一般是合金，電阻率較高，直徑約0.02mm）粘貼在絕緣基片上，上面覆蓋一層薄膜，使它們變成一個(gè)整體。 基片覆蓋層金屬絲引線第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感

3、器電阻應(yīng)變式傳感器第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 )21xRR（第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 xllE式中 為半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻率的相對(duì)變化，其值與半導(dǎo)體敏感條在軸向所受的應(yīng)力之比為一常數(shù)。即 )21xlERR（第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器 ERRKlxB第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器變換力的各種彈性元件變換力的各種彈性元件a)a)實(shí)心軸實(shí)心軸 b)b)空心軸空心軸 c c、d)d)等截面圓環(huán)等截面圓環(huán) e e、f f、g)g)變形圓環(huán)變形圓環(huán)h)h)等截面懸臂梁等截面懸臂梁i) i)等強(qiáng)度懸臂梁等強(qiáng)度

4、懸臂梁j) j)變形的懸臂梁變形的懸臂梁k)k)扭轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)軸應(yīng)變片的粘貼應(yīng)變片的粘貼 1. 檢查通斷。檢查通斷。 2 .在選定貼應(yīng)變片的位置劃出十字線。在選定貼應(yīng)變片的位置劃出十字線。 3 .再用細(xì)砂紙精磨（再用細(xì)砂紙精磨（45度交叉紋）。度交叉紋）。 4 .用棉紗或脫脂棉花沾丙酮清潔結(jié)構(gòu)表面，用棉紗或脫脂棉花沾丙酮清潔結(jié)構(gòu)表面，擦幾遍后，不可再用手接觸表面。擦幾遍后，不可再用手接觸表面。 5 .用透明膠帶將應(yīng)變片與構(gòu)件在引腳處臨時(shí)用透明膠帶將應(yīng)變片與構(gòu)件在引腳處臨時(shí)固定，移動(dòng)膠帶位置使應(yīng)變片達(dá)到正確定位。固定，移動(dòng)膠帶位置使應(yīng)變片達(dá)到正確定位。 6. 在應(yīng)變片的反面涂上一滴快干膠水，在應(yīng)變片

5、的反面涂上一滴快干膠水，視視應(yīng)變片面積而定應(yīng)變片面積而定 ，膠水量不宜過多膠水量不宜過多。 7.將塑料薄膜蓋在應(yīng)變片上，用母指按壓擠出將塑料薄膜蓋在應(yīng)變片上，用母指按壓擠出多余膠水多余膠水,按壓時(shí)間一般按壓時(shí)間一般1分鐘，室溫低時(shí)適當(dāng)延分鐘，室溫低時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)。長(zhǎng)。 8 .為了使膠水可靠固化，可用電吹風(fēng)微加熱為了使膠水可靠固化，可用電吹風(fēng)微加熱處理（注意距離和均勻）處理（注意距離和均勻）,用萬用表測(cè)量應(yīng)變片用萬用表測(cè)量應(yīng)變片絕緣電阻值，應(yīng)大于絕緣電阻值，應(yīng)大于20M9 .將應(yīng)變片引線焊接在接線片上，焊點(diǎn)要光將應(yīng)變片引線焊接在接線片上，焊點(diǎn)要光滑牢固。引線不能繃緊，需形成弧線與接線片滑牢固。引線不

6、能繃緊，需形成弧線與接線片相連。相連。 10 .將連接應(yīng)變儀的導(dǎo)線焊接在接線片上（將連接應(yīng)變儀的導(dǎo)線焊接在接線片上（焊接時(shí)間盡量短）焊接時(shí)間盡量短）,把導(dǎo)線用絕緣膠帶固定在構(gòu)把導(dǎo)線用絕緣膠帶固定在構(gòu)件上，再一次檢查應(yīng)變片質(zhì)量件上，再一次檢查應(yīng)變片質(zhì)量 11.11.在應(yīng)變片周圍涂上軟硅膠在應(yīng)變片周圍涂上軟硅膠( (防潮、防損傷）。防潮、防損傷）。 12 .硅膠固化后硅膠固化后,應(yīng)變片粘貼工作完畢。但要應(yīng)變片粘貼工作完畢。但要再次檢查應(yīng)變片的阻值和絕緣情況。再次檢查應(yīng)變片的阻值和絕緣情況。 13.固定：固定：粘貼、焊接粘貼、焊接后，用膠布將后，用膠布將引線和被測(cè)對(duì)引線和被測(cè)對(duì)象固定在一起象固定在一

7、起，防止拉動(dòng)引，防止拉動(dòng)引線和應(yīng)變片。線和應(yīng)變片。材料受拉應(yīng)變的測(cè)量材料受拉應(yīng)變的測(cè)量將應(yīng)變片粘貼在受力的斜拉橋上的斜拉繩端部的圓將應(yīng)變片粘貼在受力的斜拉橋上的斜拉繩端部的圓柱上，測(cè)量每一根斜拉繩的應(yīng)變，從而計(jì)算出所受的柱上，測(cè)量每一根斜拉繩的應(yīng)變，從而計(jì)算出所受的拉力，檢驗(yàn)拉力是否超過設(shè)計(jì)值。拉力，檢驗(yàn)拉力是否超過設(shè)計(jì)值。管樁材料的受壓應(yīng)變測(cè)量管樁材料的受壓應(yīng)變測(cè)量預(yù)應(yīng)力管樁的受力預(yù)測(cè)：預(yù)應(yīng)力管樁的受力預(yù)測(cè)：工作人員正在貼應(yīng)變片工作人員正在貼應(yīng)變片 應(yīng)變片粘貼在管樁上，四片應(yīng)變片可應(yīng)變片粘貼在管樁上，四片應(yīng)變片可組成全橋組成全橋 金屬應(yīng)變絲的電阻相對(duì)變化與它所感受的應(yīng)變之間具有線性關(guān)系，用靈

8、敏度系數(shù)KS表示。當(dāng)金屬絲做成應(yīng)變片后，其電阻應(yīng)變特性與金屬單絲情況不同。因此，須用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)應(yīng)變片的電阻應(yīng)變特性重新測(cè)定。實(shí)驗(yàn)表明，金屬應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化與應(yīng)變?cè)诤軐挼姆秶鷥?nèi)均為線性關(guān)系。第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器K為金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。 測(cè)量結(jié)果表明，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K恒小于線材的靈敏系數(shù)KS。原因主要是膠層傳遞變形失真及橫向效應(yīng)。 KRR RRK或第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 金屬絲式應(yīng)變片由于敏感柵的兩端為半圓弧形的橫柵，測(cè)量應(yīng)變時(shí)，構(gòu)件的軸向應(yīng)變使敏感柵電阻發(fā)生變化，而其橫向應(yīng)變r(jià)也使敏感柵半圓弧部分的電阻發(fā)生變化。 bOlrdld0敏感柵半

9、圓弧形部分r應(yīng)變片的這種既受軸向應(yīng)變影響，又受橫向應(yīng)變影響而引起電阻變化的現(xiàn)象稱為。第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 若敏感柵有n根縱柵，每根長(zhǎng)為l，半徑為r，在軸向應(yīng)變作用下，全部縱柵的變形視為L(zhǎng)12cos2121rrrrrrddll200L1= n l 半圓弧橫柵同時(shí)受到 和r的作用，在任一微小段長(zhǎng)度d l = r d上的應(yīng)變可由材料力學(xué)公式求得 每個(gè)圓弧形橫柵的變形量l 為第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器縱柵為n根的應(yīng)變片共有n-1個(gè)半圓弧橫柵，全部橫柵的變形量為rrnL212應(yīng)變片敏感柵的總變形為 rrnrnnlLLL 2121221 第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變

10、式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器敏感柵柵絲的總長(zhǎng)為L(zhǎng)，敏感柵的靈敏系數(shù)為KS，則電阻相對(duì)變化為rSSSKLrnKLrnnlLLKRR2) 1(2) 1(2SxKLrnnlK2) 1(2SyKLr)n(K21 ryxKKRR可見，敏感柵電阻的相對(duì)變化分別是 和r作用的結(jié)果。第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器當(dāng)r=0時(shí)，可得 RRKx ryRRK rnnlrnKKHxy 121 當(dāng)=0時(shí)，可得：橫向靈敏系數(shù)與軸向靈敏系數(shù)之比值，稱為橫向效應(yīng)系數(shù)H。即：可見，r愈小、l愈大，則H愈小。即敏感柵越窄、基長(zhǎng)越長(zhǎng)的應(yīng)變片，其橫向效應(yīng)引起的誤差越小。第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)變片粘

11、貼在被測(cè)試件上，當(dāng)溫度恒定時(shí)，其加載特性與卸載特性不重合，即為。 產(chǎn)生原因：應(yīng)變片在承受機(jī)械應(yīng)變后的殘余變形，使敏感柵電阻發(fā)生少量不可逆變化；在制造或粘貼應(yīng)變片時(shí)，敏感柵受到的不適當(dāng)?shù)淖冃位蛘辰Y(jié)劑固化不充分等。 機(jī)械滯后值還與應(yīng)變片所承受的應(yīng)變量有關(guān)，加載時(shí)的機(jī)械應(yīng)變愈大，卸載時(shí)的滯后也愈大。所以，通常在實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)將試件預(yù)先加、卸載若干次，以減少因機(jī)械滯后所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)誤差。 第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器對(duì)于粘貼好的應(yīng)變片，當(dāng)溫度恒定時(shí)，不承受應(yīng)變時(shí)，其電阻值隨時(shí)間增加而變化的特性，稱為應(yīng)變片的。產(chǎn)生的原因：敏感柵通電后的溫度效應(yīng)；應(yīng)變片的內(nèi)應(yīng)力逐漸變化；粘結(jié)劑固化不充分等。

12、第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器如果在一定溫度下，使應(yīng)變片承受恒定的機(jī)械應(yīng)變，其電阻值隨時(shí)間增加而變化的特性稱為。一般蠕變的方向與原應(yīng)變量的方向相反。由于膠層之間發(fā)生“滑動(dòng)”，使力傳到敏感柵的應(yīng)變量逐漸減少。第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器在一定溫度下，應(yīng)變片的指示應(yīng)變對(duì)測(cè)試值的真實(shí)應(yīng)變的相對(duì)誤差不超過規(guī)定范圍（一般為10%）時(shí)的最大真實(shí)應(yīng)變值。真實(shí)應(yīng)變是由于工作溫度變化或承受機(jī)械載荷，在被測(cè)試件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)所引起的表面應(yīng)變。第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器01lxtx設(shè)一頻率為 f 的正弦應(yīng)變波在構(gòu)件中以

13、速度 v 沿應(yīng)變片柵長(zhǎng)方向傳播，在某一瞬時(shí) t，應(yīng)變量沿構(gòu)件分布如圖所示。第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 2sinsin00 xtxttx2sin0應(yīng)變片中點(diǎn)的應(yīng)變?yōu)榈谝还?jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器llxxdxltxxmltltsin2sin2sin10022平均應(yīng)變m與中點(diǎn)應(yīng)變t相對(duì)誤差 為： sin11lltmtmt第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器可見，相對(duì)誤差的大小只決定于l/的比值，下表給出了l/為1/10和1/20時(shí)的數(shù)值：可見，應(yīng)變片柵長(zhǎng)與正弦應(yīng)變波的波長(zhǎng)之比愈小，相對(duì)誤差愈小。若已知應(yīng)變波在某材料內(nèi)傳播速度，由（2-18）式可計(jì)算出柵長(zhǎng)

14、為L(zhǎng)的應(yīng)變片粘貼在某種材料上的可測(cè)動(dòng)態(tài)應(yīng)變最高頻率。誤差的計(jì)算結(jié)果 第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器當(dāng)RL時(shí)，電橋輸出電壓: 1401234 RRUERRRR當(dāng)電橋平衡時(shí),U0=0，所以:R1 R4 = R2 R3或 :R1/R2 =R3/R4 2.3.1 直流電橋第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器若R1由應(yīng)變片替代，當(dāng)電橋開路時(shí)，不平衡電橋輸出的電壓為: ERRRRRRRRRRERRRRRRRRRRRRRRRRRRERRRRRRRREU)1)(1 ()()()(3412113411 43211414321143241433211110第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電

15、阻應(yīng)變式傳感器單臂電橋示意圖單臂電橋示意圖.第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 U101120RRnnEU 12110nnERRUSV第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器當(dāng)供橋電壓E 確定后，由 0)1(1042 nnnSV求得n=1時(shí)，SV為最大。即：在當(dāng)供橋電壓E確定后，當(dāng)R1= R2、R3= R4 時(shí)，電橋的靈敏度最高。第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器 21114111110RRRREU此時(shí)，式簡(jiǎn)化為 ： 41110RREU 41ESV第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器電橋放大電路（差動(dòng)減法電路）電橋放大電路（差動(dòng)減法電路）.第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器（1）非線性

16、誤差 實(shí)際的非線性特性曲線與理想的線性特性曲線的偏差稱為絕 對(duì) 非 線 性 誤 差 與 理 想 的 線 性 特 性 曲 線的比稱為，用r 表示。 第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器121111121112121211341211343412111134000001111111111)1)(1 ()()1 ()()(1)(1RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRERRRRRRRRRRERRRRUUUUUr 第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器3110112234 RRRUERR

17、RRRR當(dāng)電橋開路時(shí)，不平衡電橋輸出的電壓為：121012111() 42RRRUEERRR若 ， 則：432121RRRRRR，第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器若滿足R1=R2=R3=R4則輸出電壓為： 101sRUEE KR第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 43213241433211ZZZZZZZZZZZZZZUUSRSC所以橋路平衡條件為： ZZ 43213241ZZZZZZ或，第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器設(shè)各橋臂阻抗為: 得交流電橋平衡條件的另一形式：第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 4111ZZUUSRSC 2111ZZUUSRSC 11ZZUUSRSC第一節(jié)第一節(jié)

18、 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器由于引線產(chǎn)生的分布電容的容抗(引線電感忽略)、供電電源的頻率及被測(cè)應(yīng)變片的性能差異，交流電橋的初始平衡條件和輸出特性都將受到嚴(yán)重影響，因此必須對(duì)電橋預(yù)調(diào)平衡。第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及受力變形演示應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及受力變形演示應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2 R42.5 固態(tài)壓阻式傳感器第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 21dRdR21RdRxllE

19、 半導(dǎo)體電阻的相對(duì)變化近似等于電阻率的相對(duì)變化，而電阻率的相對(duì)變化與應(yīng)力成正比，二者的比例系數(shù)定義為 /xlE對(duì)半導(dǎo)體材料對(duì)金屬材料電阻相對(duì)變化量壓阻系數(shù)為:第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器影響壓阻系數(shù)因素：擴(kuò)散電阻的表面雜質(zhì)濃度和溫度。擴(kuò)散雜質(zhì)濃度NS增加時(shí)，壓阻系數(shù)就會(huì)減小。壓阻系數(shù)與擴(kuò)散電阻表面雜質(zhì)濃度NS的關(guān)系如圖。2. 影響壓阻系數(shù)的因素 第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器1N-Si膜片 2P-Si導(dǎo)電層 3粘貼劑 4硅底座 5引壓管 6Si 保護(hù)膜 7引線固態(tài)壓阻器件 利用固體擴(kuò)散技術(shù)，將P型雜質(zhì)擴(kuò)散到一片N型硅底層上，形成一層極薄的導(dǎo)電P型層，再裝上引線

20、接點(diǎn)。若在圓形硅膜片上擴(kuò)散出四個(gè)P型電阻，構(gòu)成惠斯登電橋的四個(gè)臂，這樣的敏感器件通常稱為固態(tài)壓阻器件。第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片 隔離、承壓膜片可隔離、承壓膜片可以將腐蝕性的氣體、以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜片液體與硅膜片 隔離開隔離開來。來。壓阻式壓阻式固態(tài)固態(tài) 壓力傳感器壓力傳感器 內(nèi)部?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理電路電路p小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進(jìn)氣口高壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口小型壓阻式固態(tài)差壓傳感器（續(xù)）小型壓阻式固態(tài)差壓傳感器（續(xù)）可用于呼吸、透析和注射泵等設(shè)備

21、可用于呼吸、透析和注射泵等設(shè)備p1進(jìn)氣管進(jìn)氣管p2進(jìn)氣管進(jìn)氣管電纜引出電纜引出小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）小型表壓壓力傳感器小型表壓壓力傳感器p1進(jìn)氣管進(jìn)氣管P2向大氣敞開向大氣敞開汽車子午線輪胎胎壓的測(cè)量汽車子午線輪胎胎壓的測(cè)量子午線輪胎子午線輪胎汽車胎壓汽車胎壓傳感器傳感器的安裝的安裝投入式液位計(jì)投入式液位計(jì) 壓阻式固態(tài)壓力傳感器的壓阻式固態(tài)壓力傳感器的 p p1 1進(jìn)氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片進(jìn)氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導(dǎo)壓力。硅杯不與液體相通，耐腐蝕。隔離，并用硅油傳導(dǎo)壓力。硅杯不與液體相通，耐腐蝕。 投入式液位計(jì)外形（續(xù)）投入式液位計(jì)外形（

22、續(xù)） 壓阻式壓阻式固態(tài)壓力固態(tài)壓力傳感器傳感器 與水位成正與水位成正比的光柱比的光柱 橡膠橡膠 背壓管背壓管 進(jìn)水孔進(jìn)水孔投入式液位傳感器投入式液位傳感器 投入式液位傳投入式液位傳感器必須使用安感器必須使用安裝支架。裝支架。 適應(yīng)于深度為適應(yīng)于深度為 幾米幾米 至至 幾十米幾十米，且混有，且混有 大大 量量 污物、雜質(zhì)的水污物、雜質(zhì)的水或其他液體的液或其他液體的液位測(cè)量。位測(cè)量。投入式液位計(jì)液位的計(jì)算投入式液位計(jì)液位的計(jì)算所以：所以： h h= =h h0 0+ +h h1 1 = =h h0 0+ +p p1 1 /(/( g)g)例：液位計(jì)安裝高度為例：液位計(jì)安裝高度為1m，測(cè)得壓力為，測(cè)

23、得壓力為98kPa，求：，求：水的深度水的深度h。安裝高度安裝高度h h0 0處的水的表壓處的水的表壓 p p1 1= = ghgh1 1其他電阻傳感器應(yīng)用舉例其他電阻傳感器應(yīng)用舉例應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置荷重傳感器原理演示荷重傳感器原理演示 貼在荷重貼在荷重傳感器表面的傳感器表面的應(yīng)變片在向下應(yīng)變片在向下力的作用下，力的作用下，產(chǎn)生變形。軸產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向向變短，徑向變粗。變粗。荷重傳感器的應(yīng)用（汽車衡）荷重傳感器的應(yīng)用（汽車衡）用一個(gè)橋路激勵(lì)源來激勵(lì)用一個(gè)橋路激勵(lì)源來激勵(lì)4個(gè)圓柱狀荷重傳感器個(gè)圓柱狀荷重傳感器的橋路，的橋路，由由4路路A/D轉(zhuǎn)換器

24、將轉(zhuǎn)換器將4個(gè)橋路的輸出轉(zhuǎn)換為個(gè)橋路的輸出轉(zhuǎn)換為4個(gè)數(shù)字量個(gè)數(shù)字量，由單片機(jī)進(jìn)，由單片機(jī)進(jìn)行加法運(yùn)算。行加法運(yùn)算。汽車衡汽車衡測(cè)量汽車毛重，再扣測(cè)量汽車毛重，再扣除已知該型號(hào)汽車的除已知該型號(hào)汽車的自重，就可以自重，就可以判斷超載判斷超載汽車衡汽車衡稱重系統(tǒng)稱重系統(tǒng)荷重傳感器荷重傳感器用于構(gòu)件用于構(gòu)件的稱重的稱重 電子秤電子秤 磅秤磅秤超市打印秤超市打印秤遠(yuǎn)距離顯示遠(yuǎn)距離顯示由單片機(jī)扣除溫漂和毛重由單片機(jī)扣除溫漂和毛重電子天平電子天平電子天平的準(zhǔn)確度可達(dá)十萬分之電子天平的準(zhǔn)確度可達(dá)十萬分之一一人體秤人體秤 電子人體秤中電子人體秤中 有四個(gè)角都裝有四個(gè)角都裝了電阻應(yīng)變片（各了電阻應(yīng)變片（各2片，

25、串聯(lián)片，串聯(lián)），四角接成全橋，由單片機(jī)），四角接成全橋，由單片機(jī)測(cè)量橋路電壓，并換算出被稱測(cè)量橋路電壓，并換算出被稱量的體重。量的體重。吊鉤秤吊鉤秤 便攜式便攜式電子秤中的各類彈性元件電子秤中的各類彈性元件 應(yīng)變式力矩（轉(zhuǎn)矩）傳感器應(yīng)變式力矩（轉(zhuǎn)矩）傳感器扭轉(zhuǎn)軸是專門用于測(cè)量力矩和力矩的彈性敏感元件。扭轉(zhuǎn)軸是專門用于測(cè)量力矩和力矩的彈性敏感元件。力矩力矩T 等于作用力等于作用力F 和力臂和力臂L的乘積，即：的乘積，即：T =FL。下圖。下圖中的力臂為軸的半徑，中的力臂為軸的半徑，L=D/2。力矩的單位為。力矩的單位為Nm，在，在小力矩測(cè)量時(shí)小力矩測(cè)量時(shí),也用也用mNm為單位。為單位。 使機(jī)械部

26、件轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩稱使機(jī)械部件轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩稱為為“轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩”。任何部件在力。任何部件在力矩的作用下，必定產(chǎn)生某種矩的作用下，必定產(chǎn)生某種程度的扭轉(zhuǎn)變形。因此，過程度的扭轉(zhuǎn)變形。因此，過去也常把力矩叫做去也常把力矩叫做“扭矩扭矩”。應(yīng)變式力矩（轉(zhuǎn)矩）傳感器應(yīng)變式力矩（轉(zhuǎn)矩）傳感器1電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 2聯(lián)軸器聯(lián)軸器 3扭轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)軸 4信號(hào)引出滑環(huán)信號(hào)引出滑環(huán) 5電刷電刷 6減速器減速器 7轉(zhuǎn)鼓（卷揚(yáng)機(jī)）轉(zhuǎn)鼓（卷揚(yáng)機(jī)） 8重物重物 Ti輸入力矩輸入力矩 ToG輸出力矩輸出力矩 i減速比減速比應(yīng)變式力矩（轉(zhuǎn)矩）傳感器應(yīng)變式力矩（轉(zhuǎn)矩）傳感器在扭矩在扭矩T的作用下，扭轉(zhuǎn)軸的的作用下，扭轉(zhuǎn)軸的表面將產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)變

27、表面將產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)變。在。在軸表面上與軸線成軸表面上與軸線成45 方向（如下圖中的方向（如下圖中的ab方向）的應(yīng)變與圖中方向）的應(yīng)變與圖中的的cb方向上的應(yīng)變數(shù)值相等，但方向上的應(yīng)變數(shù)值相等，但符號(hào)相反符號(hào)相反，R1、R2與粘貼在力矩與粘貼在力矩扭轉(zhuǎn)軸的背面的扭轉(zhuǎn)軸的背面的R3、R4可以組成全橋。橋路的可以組成全橋。橋路的4個(gè)結(jié)點(diǎn)個(gè)結(jié)點(diǎn)a、b、c、d分別通過分別通過4個(gè)信號(hào)滑環(huán)和電刷引出，個(gè)信號(hào)滑環(huán)和電刷引出，為了克服集電環(huán)接觸電阻造為了克服集電環(huán)接觸電阻造成的誤差，成的誤差，也可以利用無線電模塊，將旋轉(zhuǎn)軸的應(yīng)變測(cè)量值傳送也可以利用無線電模塊，將旋轉(zhuǎn)軸的應(yīng)變測(cè)量值傳送到扭轉(zhuǎn)軸外面的接收器電

28、路。到扭轉(zhuǎn)軸外面的接收器電路。應(yīng)變片測(cè)量得到的軸表面與軸線成應(yīng)變片測(cè)量得到的軸表面與軸線成45 的方向上的應(yīng)變關(guān)系的方向上的應(yīng)變關(guān)系：32(1)TEr 應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手?jǐn)?shù)顯扳手可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、數(shù)顯扳手可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺栓的裝機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺栓的裝配扭矩。量程配扭矩。量程2500Nm，耗電量，耗電量10mA，有公制，有公制/英英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動(dòng)斷電等功能。制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動(dòng)斷電等功能。應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手（續(xù)）應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手（續(xù)）第二節(jié)第二節(jié) 測(cè)溫?zé)犭娮鑲鞲衅?/p>

29、測(cè)溫?zé)犭娮鑲鞲衅?本節(jié)介紹金屬熱電阻、熱敏電阻本節(jié)介紹金屬熱電阻、熱敏電阻、的、的原理、結(jié)構(gòu)、分類、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路及應(yīng)用原理、結(jié)構(gòu)、分類、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路及應(yīng)用等，介紹了三線制測(cè)量電路。等，介紹了三線制測(cè)量電路。測(cè)溫?zé)犭娮鑲鞲衅鞯姆诸悳y(cè)溫?zé)犭娮鑲鞲衅鞯姆诸?一、金屬熱電阻的正溫度系數(shù)一、金屬熱電阻的正溫度系數(shù)溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動(dòng)加劇，從而溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動(dòng)加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過金屬導(dǎo)體時(shí)的阻礙增大，使金屬內(nèi)部的自由電子通過金屬導(dǎo)體時(shí)的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，稱其為正溫宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，稱其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化

30、趨勢(shì)相同。度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢(shì)相同。 測(cè)溫?zé)犭娮杩煞譃榻饘俸桶雽?dǎo)體兩大類。測(cè)溫?zé)犭娮杩煞譃榻饘俸桶雽?dǎo)體兩大類。金屬絲電阻隨溫度增高而變大的演示金屬絲電阻隨溫度增高而變大的演示 22220484100URP取一只 100W/220V 燈泡，用萬用表測(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。請(qǐng)說明鎢絲的溫度系數(shù)的正負(fù)。 易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻 制作熱電阻的材料必須具有電阻溫度系數(shù)大、制作熱電阻的材料必須具有電阻溫度系數(shù)大、線性線性好好、性能穩(wěn)定性能穩(wěn)定、一致性好一致性好、使用溫度

31、范圍寬使用溫度范圍寬、加工容、加工容易等特點(diǎn)。易等特點(diǎn)。金屬熱電阻材料的主要技術(shù)性能金屬熱電阻材料的主要技術(shù)性能 熱電阻的阻值熱電阻的阻值Rt與溫度與溫度t的關(guān)系表達(dá)式的關(guān)系表達(dá)式R t =R0(1+At+Bt 2+Ct 3+Dt 4)式中式中 R t 熱電阻在熱電阻在t時(shí)的電阻值；時(shí)的電阻值；R0熱電阻在熱電阻在0時(shí)的電阻值；時(shí)的電阻值；A、B、C、D溫度系數(shù)溫度系數(shù)熱電阻的阻值熱電阻的阻值Rt與與t之間并不完全呈線性關(guān)系。在規(guī)定的測(cè)溫之間并不完全呈線性關(guān)系。在規(guī)定的測(cè)溫范圍內(nèi)，根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)（范圍內(nèi)，根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）頒布的分度表數(shù)值，列出）頒布的分度表數(shù)值，列出每隔每隔1的

32、的Rt電阻值，這種表格稱為電阻值，這種表格稱為熱電阻分度熱電阻分度表表。在工程中，若不考慮線性度誤差的影響，有時(shí)也可以利用溫在工程中，若不考慮線性度誤差的影響，有時(shí)也可以利用溫度系數(shù)度系數(shù)來來近似計(jì)算近似計(jì)算熱電阻的阻值熱電阻的阻值Rt。即：。即：R t =R0(1+t）。）。裝配式鉑熱電阻裝配式鉑熱電阻 0時(shí)的電阻為時(shí)的電阻為100接線盒接線盒2022-5-3107薄膜式鉑熱電阻薄膜式鉑熱電阻 Pt1000薄膜熱電阻在薄膜熱電阻在0時(shí)的電阻為時(shí)的電阻為1k，最大工作電流小于最大工作電流小于0.3mA。在真空清潔室中，在真空清潔室中，將鉑金屬將鉑金屬噴射在陶瓷體上噴射在陶瓷體上，然后用激光，然

33、后用激光進(jìn)行光刻和阻值的微調(diào)進(jìn)行光刻和阻值的微調(diào),再焊接再焊接兩根引線。在鉑金上涂上一層兩根引線。在鉑金上涂上一層特殊的絕緣玻璃層。薄膜熱電特殊的絕緣玻璃層。薄膜熱電阻的響應(yīng)時(shí)間只需幾秒。阻的響應(yīng)時(shí)間只需幾秒。2022-5-3108薄膜式鉑熱薄膜式鉑熱電阻工藝過電阻工藝過程示意圖程示意圖 小型鉑熱電阻小型鉑熱電阻 防爆式鉑熱電阻防爆式鉑熱電阻 堅(jiān)實(shí)的外殼起堅(jiān)實(shí)的外殼起“隔爆隔爆”作用，作用，工作電流控制在安全范圍。工作電流控制在安全范圍。鎧裝式鉑熱電阻鎧裝式鉑熱電阻 1接線盒接線盒 2引出線密封管引出線密封管 3法蘭盤法蘭盤 4柔性外套管（可達(dá)百米）柔性外套管（可達(dá)百米） 5測(cè)溫端部測(cè)溫端部2

34、022-5-3112端面式端面式熱電阻及其在測(cè)溫端面的安裝熱電阻及其在測(cè)溫端面的安裝能更快速地反映被測(cè)能更快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度。端面的實(shí)際溫度。汽車用水溫傳感器及水溫表汽車用水溫傳感器及水溫表 銅熱電阻銅熱電阻學(xué)習(xí)查學(xué)習(xí)查“鉑熱電阻分度表鉑熱電阻分度表”如何判斷鉑熱電阻是否如何判斷鉑熱電阻是否線性線性鉑電阻溫度顯示、變送器鉑電阻溫度顯示、變送器上下限設(shè)定鍵上下限設(shè)定鍵上限上限下限下限上上限上上限下下限下下限測(cè)量值測(cè)量值可設(shè)定溫度的溫度控制箱可設(shè)定溫度的溫度控制箱 旋轉(zhuǎn)式機(jī)械旋轉(zhuǎn)式機(jī)械 設(shè)定開關(guān)設(shè)定開關(guān) 撥碼式撥碼式 設(shè)定開關(guān)設(shè)定開關(guān)不易被改動(dòng)，不易被改動(dòng)，適合適合車間車間使用使用金屬熱

35、電阻的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路金屬熱電阻的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路方案一：二線制電橋測(cè)量電路方案一：二線制電橋測(cè)量電路R1為鉑熱電阻，為鉑熱電阻，R2、R3、R4為錳銅精密電阻為錳銅精密電阻(固定電阻固定電阻)。電橋電橋的調(diào)零在的調(diào)零在0的情況下進(jìn)行的情況下進(jìn)行。熱電阻。熱電阻Rt被安裝在測(cè)溫點(diǎn)上被安裝在測(cè)溫點(diǎn)上,然后用然后用連接導(dǎo)線連接到電橋的接線端子上。連接導(dǎo)線連接到電橋的接線端子上。引線電阻引線電阻r1a、r1b及其隨長(zhǎng)度及其隨長(zhǎng)度和溫度的變化將引起測(cè)量誤差和溫度的變化將引起測(cè)量誤差。方案二：四線制恒流測(cè)量電路方案二：四線制恒流測(cè)量電路 恒流源恒流源Ii的恒定激的恒定激勵(lì)電流流過勵(lì)電流流過Rt，在，在R t上產(chǎn)

36、生降壓上產(chǎn)生降壓Uo=Ii R t。輸出電壓輸出電壓Uo的變化量的變化量Uo與被測(cè)溫度變化與被測(cè)溫度變化引起的電阻變化量引起的電阻變化量R成正比。成正比。由于輸出電壓是直接從由于輸出電壓是直接從Rt兩端引出的，所以激勵(lì)電流兩端引出的，所以激勵(lì)電流Ii在在r1a、r1b上的壓降就不被包括到上的壓降就不被包括到Uo中，因此可以克服引線電阻的影響。中，因此可以克服引線電阻的影響。本底電壓本底電壓Uo0所占比例較大所占比例較大，而，而反映溫度變化的反映溫度變化的Uo相對(duì)較小相對(duì)較小，降降低了系統(tǒng)的分辨力低了系統(tǒng)的分辨力。方案三：三線制電橋測(cè)量電路方案三：三線制電橋測(cè)量電路1連接電纜連接電纜 2屏蔽層屏

37、蔽層 3恒流源恒流源 4法蘭盤安裝孔法蘭盤安裝孔 RP1調(diào)零電位器調(diào)零電位器 RP2調(diào)滿度電位器調(diào)滿度電位器三線制電橋特點(diǎn)三線制電橋特點(diǎn)采用三線制單臂采用三線制單臂電橋可以消除和減電橋可以消除和減小引線電阻的影響小引線電阻的影響。熱電阻。熱電阻R t用三根用三根導(dǎo)線、引導(dǎo)線、引至測(cè)溫電橋。至測(cè)溫電橋。 其中其中兩根引線的內(nèi)阻（兩根引線的內(nèi)阻（r1、r4）分別串入測(cè)量電橋相鄰兩臂的）分別串入測(cè)量電橋相鄰兩臂的R1、R4上，上，(R1+r1)/R2=(R4+r4)/R3。引線的長(zhǎng)度變化不影響電橋引線的長(zhǎng)度變化不影響電橋的平衡的平衡，所以可以避免因連接導(dǎo)線電阻受環(huán)境影響而引起的測(cè)量，所以可以避免因連

38、接導(dǎo)線電阻受環(huán)境影響而引起的測(cè)量誤差。誤差。放大器放大器4個(gè)主要電阻阻值的確定個(gè)主要電阻阻值的確定若希望若希望t100時(shí)，放大器的輸出電壓時(shí)，放大器的輸出電壓Uo21.00V,則則K=10.82倍。倍。Rf的取值不能太小，一般應(yīng)大于的取值不能太小，一般應(yīng)大于10k。若考慮到非理想運(yùn)。若考慮到非理想運(yùn)放的輸入失調(diào)電流和失調(diào)電壓以及輸入偏置電流均不為零，所放的輸入失調(diào)電流和失調(diào)電壓以及輸入偏置電流均不為零，所以以Rf不應(yīng)超過不應(yīng)超過1M。為了增大橋路的負(fù)載電阻為了增大橋路的負(fù)載電阻,可以取可以取R11=R12為整數(shù)值為整數(shù)值100k,則則R13=Rf的理論值約為的理論值約為1082k ,取標(biāo)稱值取

39、標(biāo)稱值1M。若選用若選用Pt100標(biāo)準(zhǔn)熱電阻，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)熱電阻，當(dāng)t100時(shí)，查時(shí)，查Pt100分度表，得分度表，得到到R100=134.71。設(shè)橋路激勵(lì)源電壓。設(shè)橋路激勵(lì)源電壓Uac=1.25V，選取，選取R3、R4為為100精密錳銅線繞電阻，流過熱電阻的電流不能超過精密錳銅線繞電阻，流過熱電阻的電流不能超過10mA。若。若忽略忽略r1、r2、RP1、RP2、R7的影響，由分壓比公式可得橋路的輸?shù)挠绊懀煞謮罕裙娇傻脴蚵返妮敵鲭妷簽槌鲭妷簽?4bdbadaii1234134.711001.25V1.25V 92.4mV134.71 100100 100RRUUUUURRRR利用熱絲（鉑熱電阻）

40、測(cè)量氣體流速（流量）利用熱絲（鉑熱電阻）測(cè)量氣體流速（流量）內(nèi)置鉑金熱絲內(nèi)置鉑金熱絲風(fēng)風(fēng)利用熱絲測(cè)量氣體流速（流量）利用熱絲測(cè)量氣體流速（流量）內(nèi)置鉑金絲內(nèi)置鉑金絲被加熱到被加熱到200200風(fēng)風(fēng)鉑絲接入單臂電橋鉑絲接入單臂電橋t tv二、熱敏電阻傳感器二、熱敏電阻傳感器（簡(jiǎn)稱熱敏電阻）（簡(jiǎn)稱熱敏電阻） 熱敏電阻分類：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻分類：負(fù)溫度系數(shù)（NTCNTC，Negative Temperature Coefficient Negative Temperature Coefficient ）、）、 正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)（PTCPTC，Positive Temperature Coeff

41、icient Positive Temperature Coefficient ）之分。）之分。 NTCNTC又可分為兩大類：又可分為兩大類： 第一類的第一類的電阻值與溫度電阻值與溫度之間呈之間呈嚴(yán)格的負(fù)指數(shù)關(guān)系，因此可嚴(yán)格的負(fù)指數(shù)關(guān)系，因此可用于測(cè)量溫度：用于測(cè)量溫度： 第二類為第二類為突變型（突變型（CTR）。當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí)，。當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí)，其電阻值突然下降其電阻值突然下降 ，可用于，可用于控制溫度控制溫度或或抑制浪涌電流抑制浪涌電流 。011()0BTTTRR e熱敏電阻的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)熱敏電阻的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào) a）圓片形）圓片形 b）柱形）柱形 c）珠形）珠形 d

42、）鎧裝型）鎧裝型e）厚膜型）厚膜型 f）貼片式）貼片式 g）圖形符號(hào)）圖形符號(hào)1熱敏電阻熱敏電阻 2玻璃外殼玻璃外殼 3引出線引出線 4純銅外殼純銅外殼 5傳熱安裝孔傳熱安裝孔PTC熱敏電阻熱敏電阻在鈦酸鋇里摻雜其它的多晶陶瓷材料在鈦酸鋇里摻雜其它的多晶陶瓷材料, ,壓制成圓片等形狀壓制成圓片等形狀, , 燒燒結(jié)而成結(jié)而成PTCPTC熱敏電阻，屬于臨界溫度型熱敏電阻，屬于臨界溫度型(CTR)(CTR)。當(dāng)溫度上升到某。當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí)臨界點(diǎn)時(shí), ,其電阻值突然上升其電阻值突然上升, ,可用于電路的限流、過載保護(hù)。大可用于電路的限流、過載保護(hù)。大功率功率PTCPTC還可用作暖風(fēng)機(jī)中的加熱元

43、件。還可用作暖風(fēng)機(jī)中的加熱元件。 恒溫加熱用恒溫加熱用PTC熱敏電阻熱敏電阻 下圖所示的四根曲線分別為哪一種熱敏電阻？下圖所示的四根曲線分別為哪一種熱敏電阻？熱敏電阻外形熱敏電阻外形 MF12型型 NTC熱敏電阻熱敏電阻聚脂塑料封裝熱聚脂塑料封裝熱敏電阻敏電阻其他形式的熱敏電阻其他形式的熱敏電阻 玻璃封裝玻璃封裝 NTC熱敏電阻熱敏電阻MF58 型熱敏電阻型熱敏電阻其他形式的熱敏電阻其他形式的熱敏電阻 帶安裝孔的熱敏電阻帶安裝孔的熱敏電阻大電流大電流PTCPTC熱敏電阻熱敏電阻其他形式的熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續(xù)）（續(xù)） 貼片式貼片式NTC熱敏電阻熱敏電阻其他形式的熱敏電阻其他形式的熱敏電

44、阻（續(xù)）（續(xù)） MF58型（珠形）型（珠形）高準(zhǔn)確度負(fù)溫度系高準(zhǔn)確度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻數(shù)熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻型熱敏電阻各種非標(biāo)熱敏電阻各種非標(biāo)熱敏電阻非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)）非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)） 非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)）非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)） 熱敏電阻式溫度面板表熱敏電阻式溫度面板表 熱敏電阻熱敏電阻 LCD顯示器顯示器熱敏電阻電子體溫表熱敏電阻電子體溫表 熱敏電阻電子體溫表的調(diào)試、標(biāo)定方法熱敏電阻電子體溫表的調(diào)試、標(biāo)定方法 調(diào)試時(shí)，應(yīng)該調(diào)試時(shí)，應(yīng)該先調(diào)先調(diào)哪一只電位哪一只電位器器，再調(diào)，再調(diào)哪一只哪一只電位器？電位器？使用分隔刻度使用分隔刻度為為0.1的高準(zhǔn)的高準(zhǔn)確度溫度計(jì)確度溫度計(jì),校校驗(yàn)本設(shè)計(jì)刻

45、度中驗(yàn)本設(shè)計(jì)刻度中其他各點(diǎn)是否準(zhǔn)其他各點(diǎn)是否準(zhǔn)確確,并用單片機(jī)并用單片機(jī)進(jìn)行線性化顯示進(jìn)行線性化顯示.a）橋式電路）橋式電路 b）調(diào)頻式電路）調(diào)頻式電路 c）數(shù)字式體溫表）數(shù)字式體溫表1熱敏電阻熱敏電阻 2指針式顯示器指針式顯示器 3調(diào)零電位器調(diào)零電位器 4調(diào)滿度電位調(diào)滿度電位器器熱敏電阻用于熱敏電阻用于CPU的溫度測(cè)量的溫度測(cè)量 .熱敏電阻用于熱敏電阻用于電熱水器電熱水器的溫度控制的溫度控制 熱敏電阻用于繼電器控制熱敏電阻用于繼電器控制 在電動(dòng)機(jī)的定子繞組中嵌入負(fù)溫度突變型熱敏電阻，并與在電動(dòng)機(jī)的定子繞組中嵌入負(fù)溫度突變型熱敏電阻，并與繼電器串聯(lián)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載時(shí)定子電流增大，引起發(fā)熱。當(dāng)溫繼

46、電器串聯(lián)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載時(shí)定子電流增大，引起發(fā)熱。當(dāng)溫度大于突變點(diǎn)時(shí)，電路中的電流可以由十分之幾毫安突變?yōu)閹锥却笥谕蛔凕c(diǎn)時(shí)，電路中的電流可以由十分之幾毫安突變?yōu)閹资涟玻虼死^電器動(dòng)作，觸發(fā)電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路，從而實(shí)現(xiàn)過十毫安，因此繼電器動(dòng)作，觸發(fā)電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路，從而實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)。熱保護(hù)。由以上分析可知，必須使用負(fù)溫度系數(shù)的突變型熱由以上分析可知，必須使用負(fù)溫度系數(shù)的突變型熱敏電阻與繼電器串聯(lián)。溫度突變點(diǎn)應(yīng)略高于電動(dòng)機(jī)最敏電阻與繼電器串聯(lián)。溫度突變點(diǎn)應(yīng)略高于電動(dòng)機(jī)最高工作殼溫。高工作殼溫。KA為續(xù)流二極管。為續(xù)流二極管。熱敏電阻用于自恢復(fù)熔斷器熱敏電阻用于自恢復(fù)熔斷器高分子聚合物正溫度熱敏電阻是由聚

47、合物與導(dǎo)電晶粒等所構(gòu)成高分子聚合物正溫度熱敏電阻是由聚合物與導(dǎo)電晶粒等所構(gòu)成。導(dǎo)電粒子在聚合物中構(gòu)成鏈狀導(dǎo)電通路。當(dāng)正常工作電流通過。導(dǎo)電粒子在聚合物中構(gòu)成鏈狀導(dǎo)電通路。當(dāng)正常工作電流通過（或元件處于正常環(huán)境溫度）時(shí)，自復(fù)熔斷器呈低阻狀態(tài)（或元件處于正常環(huán)境溫度）時(shí)，自復(fù)熔斷器呈低阻狀態(tài)。當(dāng)電路中有異常過電流當(dāng)電路中有異常過電流,或環(huán)或環(huán)境溫度超過額定值時(shí)境溫度超過額定值時(shí), 熱量使聚熱量使聚合物迅速膨脹合物迅速膨脹,切斷導(dǎo)電粒子所構(gòu)切斷導(dǎo)電粒子所構(gòu)成的導(dǎo)電通路成的導(dǎo)電通路,自恢復(fù)熔斷器呈高自恢復(fù)熔斷器呈高阻狀態(tài)；當(dāng)電路中過電流阻狀態(tài)；當(dāng)電路中過電流(或或超溫超溫狀態(tài)狀態(tài))消失后消失后,聚合物

48、冷卻聚合物冷卻,體積恢體積恢復(fù)正常復(fù)正常, PTC中的導(dǎo)電粒子又重中的導(dǎo)電粒子又重新構(gòu)成導(dǎo)電通路新構(gòu)成導(dǎo)電通路。熱電偶傳感器熱電偶傳感器熱電偶測(cè)溫的主要優(yōu)點(diǎn)熱電偶測(cè)溫的主要優(yōu)點(diǎn) 1、它屬于自發(fā)電型傳感器：測(cè)量時(shí)可以不需外、它屬于自發(fā)電型傳感器：測(cè)量時(shí)可以不需外加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表；加電源，可直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表； 2、測(cè)溫范圍廣：下限可達(dá)、測(cè)溫范圍廣：下限可達(dá)-270 C C ，上限可達(dá)，上限可達(dá)18001800 C C以上；以上； 3 3、各溫區(qū)中的熱電勢(shì)均符合國(guó)際計(jì)量委員會(huì)的、各溫區(qū)中的熱電勢(shì)均符合國(guó)際計(jì)量委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。 結(jié)論： 當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。 熱

49、電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端） 熱電偶的工作原理及分類 左端稱為：測(cè)量端（工作端、熱端） 熱電極B熱電勢(shì)AB從實(shí)驗(yàn)到理論：從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) 1821年，德國(guó)物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉年，德國(guó)物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱為結(jié)點(diǎn)），合回路，并用酒精燈加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這說明什么？發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這說明什么？ 1工作端 2熱電極 3指南針 4參考端 146“結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)”產(chǎn)生熱電勢(shì)的產(chǎn)生熱電勢(shì)的微觀微觀解釋解釋 兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的兩種不

50、同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬密度不同，在兩金屬A和和B的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬象。自由電子將從密度大的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬擴(kuò)散到密度小的金屬B，使，使A失去電子帶正電，失去電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢(shì)。得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢(shì)。 熱電偶的圖形符號(hào)自由電子ABeAB（ T ）T自由電子濃度高，失去電子多，帶正電自由電子濃度低，失去電子少得到電子多，帶負(fù)電上圖中的上圖中的接觸電動(dòng)勢(shì)接觸電動(dòng)勢(shì)eAB(T )可用可用下式表示下式表示式中式中 eAB(T) A、B兩種材料在溫度

51、為兩種材料在溫度為T時(shí)的時(shí)的 接觸電動(dòng)勢(shì)；接觸電動(dòng)勢(shì)；T接觸處的熱力學(xué)溫度；接觸處的熱力學(xué)溫度；k 玻爾茲曼常數(shù)（玻爾茲曼常數(shù)（k=1.38 10-23J/K）；）；e 電子電荷（電子電荷（e =1.6 10-19C）；）；nA、nB熱電極材料熱電極材料A、B的自由電子密度。的自由電子密度。 AABBlnnkTeTen如果取如果取e eABAB( (T T) )的方向?yàn)檎较颍鐖D所示，則有的方向?yàn)檎较颍鐖D所示，則有 0AAAA B0A BA B00BBB,lnlnlnkTnnnkTkE TTe T e TT Tenenen有關(guān)熱電動(dòng)勢(shì)的幾個(gè)結(jié)論有關(guān)熱電動(dòng)勢(shì)的幾個(gè)結(jié)論 1）如果熱電偶兩根電

52、極材料相同，即使兩端溫度不同（）如果熱電偶兩根電極材料相同，即使兩端溫度不同（tt0），但總輸出熱電動(dòng)勢(shì)仍為零。因此必須由兩種不同材料才能），但總輸出熱電動(dòng)勢(shì)仍為零。因此必須由兩種不同材料才能構(gòu)成熱電偶。構(gòu)成熱電偶。 2）如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相同，則回路總的熱電動(dòng)勢(shì)必然）如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相同，則回路總的熱電動(dòng)勢(shì)必然等于零。兩結(jié)點(diǎn)溫差越大，熱電動(dòng)勢(shì)越大。等于零。兩結(jié)點(diǎn)溫差越大，熱電動(dòng)勢(shì)越大。 3）式中未包含與熱電偶的尺寸形狀有關(guān)的參數(shù)，所以熱電）式中未包含與熱電偶的尺寸形狀有關(guān)的參數(shù)，所以熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與材料和結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。動(dòng)勢(shì)的大小只與材料和結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。 如果以攝氏溫度為單位，如果以攝

53、氏溫度為單位，EAB(T，T0)也可以寫成也可以寫成EAB(t，t0)，其物理意義雖然有所不同，但電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值是相同的。其物理意義雖然有所不同，但電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值是相同的。演示演示得出的得出的結(jié)論結(jié)論 熱電偶兩結(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的總的熱電偶兩結(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的總的熱電勢(shì)熱電勢(shì)等于熱端熱電勢(shì)與冷端熱等于熱端熱電勢(shì)與冷端熱電勢(shì)電勢(shì)之差之差，是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的，是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差溫差tt 的函數(shù)：的函數(shù)： EAB( (T，T0) )=eAB ( ( T T ) )- - eAB ( ( T T0 ) )結(jié)論：熱電勢(shì)大致與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差T或t 成正比151從實(shí)驗(yàn)到理論得到有關(guān)從實(shí)驗(yàn)到理論得到有關(guān)熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)的結(jié)論的結(jié)論結(jié)論

54、：指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)。熱電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)，而不是與單一的一端結(jié)點(diǎn)的溫度成正比。 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律若在熱電偶回路中插入若在熱電偶回路中插入“中間導(dǎo)體中間導(dǎo)體”(A(A、B B熱電熱電極之外的其他導(dǎo)體極之外的其他導(dǎo)體), ),只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同, ,則則對(duì)熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)無影響對(duì)熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)無影響 。1鎳銅表棒 2磷銅接插件 3銅漆包線動(dòng)圈表頭Cu純銅導(dǎo)線 HNi鎳黃銅 QSn錫磷青銅 Sn焊錫 NiMn鎳錳銅電阻絲熱電偶熱電偶A、B回路插入中間導(dǎo)體回路插入中間導(dǎo)體C后，后，總的熱電動(dòng)勢(shì)為：總的

55、熱電動(dòng)勢(shì)為：總的熱電動(dòng)勢(shì)與總的熱電動(dòng)勢(shì)與C無關(guān)。同理，熱無關(guān)。同理，熱電偶回路中插入多電偶回路中插入多種導(dǎo)體（種導(dǎo)體（D、E、F），只要保），只要保證插入的每種導(dǎo)體證插入的每種導(dǎo)體的兩端溫度相同，的兩端溫度相同，則對(duì)熱電偶的熱電則對(duì)熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)也無影響。動(dòng)勢(shì)也無影響。 ABC0ABBC0CA000CBABCA0CBABCA0BCABCA0BABA, lnln lnln ln ln ET TeTeTeTkTkTnneTenenkTnneTennkTn neTen nkTneTen 0AABBABAB0AB0 ln , kTneTeneTeTET T中間導(dǎo)體定律的意義中間導(dǎo)體定律的意義利用熱電

56、偶來實(shí)際測(cè)溫時(shí)，連接導(dǎo)線、顯示儀表利用熱電偶來實(shí)際測(cè)溫時(shí)，連接導(dǎo)線、顯示儀表和接插件等均可看成是中間導(dǎo)體，只要保證這些中間和接插件等均可看成是中間導(dǎo)體，只要保證這些中間導(dǎo)體兩端的溫度各自相同，則對(duì)熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)沒導(dǎo)體兩端的溫度各自相同，則對(duì)熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)沒有影響。有影響。在使用熱電偶時(shí)，應(yīng)盡量使上述元器件兩端的溫在使用熱電偶時(shí)，應(yīng)盡量使上述元器件兩端的溫度相同，才能減少測(cè)量誤差。度相同，才能減少測(cè)量誤差。 在放大器中，若某個(gè)電阻或集成電路引腳兩端的在放大器中，若某個(gè)電阻或集成電路引腳兩端的溫度不相同，將產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。為了盡量減小由此產(chǎn)溫度不相同，將產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。為了盡量減小由此產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)

57、，可以用銅質(zhì)屏蔽罩將放大電路與熱源隔生的電動(dòng)勢(shì)，可以用銅質(zhì)屏蔽罩將放大電路與熱源隔離，并使罩內(nèi)各個(gè)元件兩端的溫度相同。離，并使罩內(nèi)各個(gè)元件兩端的溫度相同。參考電極定律參考電極定律已知熱電極已知熱電極A、B與參考電極與參考電極C 組成的熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為（組成的熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為（t, t0）時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)分別為）時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)分別為EAC(t,t0)，EBC(t, t0)，則在相同溫度下，則在相同溫度下，由，由A、B兩種熱電極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)兩種熱電極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)EAB(t, t0)： EAB（t,t0）=EAC(t，t0) EBC(t, t0)參考電極定律簡(jiǎn)化了熱電偶的選配工作參考電極定律簡(jiǎn)

58、化了熱電偶的選配工作。只要獲得有關(guān)熱電極。只要獲得有關(guān)熱電極與參考電極配對(duì)的熱電動(dòng)勢(shì)，那么任何兩種熱電極配對(duì)時(shí)的熱與參考電極配對(duì)的熱電動(dòng)勢(shì)，那么任何兩種熱電極配對(duì)時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)均可求得，就能較快地篩選出適合需要的、電動(dòng)勢(shì)均可求得，就能較快地篩選出適合需要的、性能良好的熱電偶。性能良好的熱電偶。目前常用純鉑絲作為目前常用純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極標(biāo)準(zhǔn)電極。熱電偶熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)的種類及結(jié)構(gòu) 八種國(guó)際通用熱電偶：八種國(guó)際通用熱電偶： B:B:鉑銠鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6 、R:R:鉑銠鉑銠1313鉑鉑 S:S:鉑銠鉑銠1010鉑鉑 、 K:K:鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅 N:N:鎳鉻硅鎳鉻硅鎳硅鎳硅 、E:E:鎳

59、鉻鎳鉻銅鎳銅鎳 J:J:鐵鐵銅鎳銅鎳 T:T:銅銅銅鎳銅鎳 用于制造鉑熱電偶的各種熱電偶絲回目錄幾種國(guó)標(biāo)熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電動(dòng)勢(shì)幾種國(guó)標(biāo)熱電偶的測(cè)溫范圍及熱電動(dòng)勢(shì) 分度號(hào) 名稱 測(cè)量溫度范圍 1000熱電動(dòng)勢(shì)/ mVB鉑銠30鉑銠65018204.834R鉑銠13鉑-501768 10.506S鉑銠10鉑-501768 9.587K鎳鉻鎳硅 (鋁) -2701370 41.276E鎳鉻銅鎳 (康 銅)- 270800 5種熱電偶的測(cè)溫范圍與熱電動(dòng)勢(shì)各有什么特點(diǎn)？用途？熱電偶熱電偶冷端的延長(zhǎng)冷端的延長(zhǎng) 采用相對(duì)采用相對(duì)廉價(jià)廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線，可的補(bǔ)償導(dǎo)線，可延長(zhǎng)熱電偶的延長(zhǎng)熱電偶的冷端冷端，使之遠(yuǎn)

60、，使之遠(yuǎn)離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。 補(bǔ)償導(dǎo)線在補(bǔ)償導(dǎo)線在0 0100100范圍內(nèi)的熱電動(dòng)勢(shì)與配套的熱電偶的范圍內(nèi)的熱電動(dòng)勢(shì)與配套的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)相等，所以不影響測(cè)量準(zhǔn)確度。熱電動(dòng)勢(shì)相等，所以不影響測(cè)量準(zhǔn)確度。熱電偶冷端延長(zhǎng)熱電偶冷端延長(zhǎng) 用用AA、BB與與A A及及B B連接后，測(cè)溫回路的總連接后，測(cè)溫回路的總的熱電勢(shì)僅取決于的熱電勢(shì)僅取決于A A、B B、T T及及T T0 0（T T0 0為新的自為新的自由端，它是穩(wěn)定的），由端，它是穩(wěn)定的），而與而與A A、A A及及B B、BB連接處的溫度連接處的溫度T Tn n（中間