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1、第第2章电阻式传感器及应用章电阻式传感器及应用2022/10/111第1页，共110页，编辑于2022年，星期一引言引言n电阻式传感器的基本原理是将被测量的电阻式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成传感元件电阻值的变化，再变化转换成传感元件电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。经过转换电路变成电信号输出。n常用来测量力、压力、位移、应变、扭常用来测量力、压力、位移、应变、扭矩、加速度等。矩、加速度等。n电阻式传感器的结构简单、性能稳定、电阻式传感器的结构简单、性能稳定、灵敏度较高，有的还适合于动态测量。灵敏度较高，有的还适合于动态测量。2022/10/112第2页，共110页，编辑于2
2、022年，星期一2.1 弹性敏感元件弹性敏感元件n弹性元件在传感器中的作用，它基本上弹性元件在传感器中的作用，它基本上可以分为两种类型：弹性敏感元件和弹可以分为两种类型：弹性敏感元件和弹性支撑。性支撑。n前者感受力、力矩、压力等被测参数，前者感受力、力矩、压力等被测参数，并通过它将被测量变换为应变、位移等，并通过它将被测量变换为应变、位移等，也就是通过它把被测参数由一种物理状也就是通过它把被测参数由一种物理状态转换为另一种所需要的相应物理状态，态转换为另一种所需要的相应物理状态，故称为弹性敏感元件。故称为弹性敏感元件。2022/10/113第3页，共110页，编辑于2022年，星期一2.1.1
3、 弹性敏感材料的弹性特性弹性敏感材料的弹性特性n弹性特性弹性特性：作用在弹性敏感元件上的外：作用在弹性敏感元件上的外力与由该外力所引起的相应变形（应变、力与由该外力所引起的相应变形（应变、位移或转角）之间的关系称为弹性元件位移或转角）之间的关系称为弹性元件的弹性特性的弹性特性 n1刚度n2灵敏度n3弹性滞后n4弹性后效n5固有振动频率2022/10/114第4页，共110页，编辑于2022年，星期一n 1.刚度 n刚度是弹性敏感元件在外力作用下抵抗变形的能刚度是弹性敏感元件在外力作用下抵抗变形的能力力。n2.灵敏度 n灵敏度就是弹性敏感元件在单位力作用下产生变灵敏度就是弹性敏感元件在单位力作用
4、下产生变形的大小。它是刚度的倒数，即形的大小。它是刚度的倒数，即2022/10/115第5页，共110页，编辑于2022年，星期一与刚度相似，如果元件弹性特性是线性的，则灵敏与刚度相似，如果元件弹性特性是线性的，则灵敏度为常数；若弹性特性是非线性的，则灵敏度为度为常数；若弹性特性是非线性的，则灵敏度为变数。变数。n 3.弹性滞后实际的弹性元件在加、卸载的正、实际的弹性元件在加、卸载的正、反行程中变形曲线是不重合的，反行程中变形曲线是不重合的，这种现象称为弹性滞后现象，这种现象称为弹性滞后现象，曲线曲线1是加载曲线，曲线是加载曲线，曲线2是卸载曲线，曲线是卸载曲线，曲线1、2所包围的范围称为滞环
5、。产生弹性滞后的原因主所包围的范围称为滞环。产生弹性滞后的原因主要是弹性敏感元件在工作过程中分子间存在内摩要是弹性敏感元件在工作过程中分子间存在内摩擦，并造成零点附近的不灵敏区。擦，并造成零点附近的不灵敏区。2022/10/116第6页，共110页，编辑于2022年，星期一n4.弹性后效 弹性敏感元件所加载荷改变后，弹性敏感元件所加载荷改变后，不是立即完成相应的变形，而不是立即完成相应的变形，而是在一定时间间隔中逐渐完成是在一定时间间隔中逐渐完成变形的现象称为弹性后效现象。变形的现象称为弹性后效现象。由于弹性后效存在，弹性敏感元件的变形不能迅速由于弹性后效存在，弹性敏感元件的变形不能迅速地随作
6、用力的改变而改地随作用力的改变而改n5固有振动频率弹性敏感元件的动态特性与它的固有振动频率弹性敏感元件的动态特性与它的固有振动频率fo有有很大的关系，固有振动频率通常由实验测得。传很大的关系，固有振动频率通常由实验测得。传感器的工作频率应避开弹性敏感元件的固有振动感器的工作频率应避开弹性敏感元件的固有振动频率。频率。2022/10/117第7页，共110页，编辑于2022年，星期一2.1.2 弹性敏感元件的材料及基本要求弹性敏感元件的材料及基本要求n（1）具有良好的机械特性（强度高、抗）具有良好的机械特性（强度高、抗冲击、韧性好、疲劳强度高等）和良好冲击、韧性好、疲劳强度高等）和良好的机械加工
7、及热处理性能。的机械加工及热处理性能。n（2）良好的弹性特性（弹性极限高、弹）良好的弹性特性（弹性极限高、弹性滞后和弹性后效小等）。性滞后和弹性后效小等）。n（3）弹性模量的温度系数小且稳定，材）弹性模量的温度系数小且稳定，材料的线膨胀系数小且稳定。料的线膨胀系数小且稳定。n（4）抗氧化性和抗腐蚀性等化学性能良）抗氧化性和抗腐蚀性等化学性能良好。好。2022/10/118第8页，共110页，编辑于2022年，星期一2.1.3 变换力的弹性敏感元件变换力的弹性敏感元件n所谓变换力的弹性敏感元件是指输入量所谓变换力的弹性敏感元件是指输入量为力为力F，输出量为应变或位移的弹性敏感，输出量为应变或位移
8、的弹性敏感元件。常用的变换力的弹性敏感元件有元件。常用的变换力的弹性敏感元件有实心轴、空心轴、等截面圆环、变截面实心轴、空心轴、等截面圆环、变截面圆环、悬臂梁、扭转轴等圆环、悬臂梁、扭转轴等。2022/10/119第9页，共110页，编辑于2022年，星期一变换力的弹性敏感元件变换力的弹性敏感元件 2022/10/1110第10页，共110页，编辑于2022年，星期一n1等截面轴n2环状弹性元件n3悬臂梁n4扭转轴2022/10/1111第11页，共110页，编辑于2022年，星期一2.1.4 变换压力的弹性敏感元件变换压力的弹性敏感元件n1弹簧管（定性分析）2022/10/1112第12页，
9、共110页，编辑于2022年，星期一2.1.4 变换压力的弹性敏感元件变换压力的弹性敏感元件n2波纹管2022/10/1113第13页，共110页，编辑于2022年，星期一2.1.4 变换压力的弹性敏感元件变换压力的弹性敏感元件n3等截面薄板2022/10/1114第14页，共110页，编辑于2022年，星期一2.1.4 变换压力的弹性敏感元件变换压力的弹性敏感元件n4波纹膜片和膜盒2022/10/1115第15页，共110页，编辑于2022年，星期一2.1.4 变换压力的弹性敏感元件变换压力的弹性敏感元件n5薄壁圆筒和薄壁半球2022/10/1116第16页，共110页，编辑于2022年，星
10、期一2.2 电位器传感器电位器传感器n电位器是一种常用的机电元件，广泛应电位器是一种常用的机电元件，广泛应用于各种电器和电子设备中。它是一种用于各种电器和电子设备中。它是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为把机械的线位移或角位移输入量转换为与它成一定函数关系的电阻或电压输出与它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件，主要用于测量压力、高度、的传感元件，主要用于测量压力、高度、加速度、航面角等各种参数的测量加速度、航面角等各种参数的测量 2022/10/1117第17页，共110页，编辑于2022年，星期一2.2.1 电位器的原理和基本结构电位器的原理和基本结构 n1电位器的转换原理n电位器
11、的电压转换原理如图所示，设电电位器的电压转换原理如图所示，设电阻体长度为阻体长度为L，触点滑动位移量为触点滑动位移量为x，两，两端输入电压为端输入电压为Ui，则滑动端输出电压为，则滑动端输出电压为n2022/10/1118第18页，共110页，编辑于2022年，星期一角位移式电位器角位移式电位器n对角位移式电位器来说，对角位移式电位器来说，Uo与滑动臂的与滑动臂的旋转角度成正比，即旋转角度成正比，即 2022/10/1119第19页，共110页，编辑于2022年，星期一2022/10/1120第20页，共110页，编辑于2022年，星期一2.2.2 电位器传感器负载特性电位器传感器负载特性n电
12、位器输出端接有负载电阻时，其特性电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。称为负载特性。2022/10/1121第21页，共110页，编辑于2022年，星期一2.2.3 电位器传感器的应用实例电位器传感器的应用实例n1电位器式压力传感器nYCD150型远程压力表原理图型远程压力表原理图 2022/10/1122第22页，共110页，编辑于2022年，星期一电位器式压力传感器的工作原理电位器式压力传感器的工作原理 2022/10/1123第23页，共110页，编辑于2022年，星期一2电位器式位移传感器电位器式位移传感器 2022/10/1124第24页，共110页，编辑于2022年，星期
13、一3电位器式加速度传感器电位器式加速度传感器 2022/10/1125第25页，共110页，编辑于2022年，星期一2.3 电阻应变式传感器电阻应变式传感器n2.3.1 应变片与应变效应应变片与应变效应n1电阻应变效应电阻应变效应 n导体、半导体材料在外力作用下发生机导体、半导体材料在外力作用下发生机械形变，导致其电阻值发生变化的物理械形变，导致其电阻值发生变化的物理现象称为电阻应变效应现象称为电阻应变效应 n实验证明，在金属丝变形的弹性范围内，实验证明，在金属丝变形的弹性范围内，电阻的相对变化电阻的相对变化 R/R与应变是成正比，与应变是成正比，即即n2022/10/1126第26页，共11
14、0页，编辑于2022年，星期一2电阻应变片的结构与类型电阻应变片的结构与类型 电阻丝式应变片基本结构 应变片主要有金属应变片和半导体应变片两类。金属片有丝式、箔式、薄膜式3种电阻应变片 2022/10/1127第27页，共110页，编辑于2022年，星期一2022/10/1128第28页，共110页，编辑于2022年，星期一3应变片的粘贴技术应变片的粘贴技术 应变片的检查应变片的检查 试件的表面处理试件的表面处理 确定贴片位置确定贴片位置 粘贴应变片粘贴应变片 固化处理固化处理 粘贴质量检查粘贴质量检查 引出线的固定与保护引出线的固定与保护 防潮防蚀处理防潮防蚀处理 2022/10/1129第
15、29页，共110页，编辑于2022年，星期一2022/10/1130第30页，共110页，编辑于2022年，星期一4应变片参数应变片参数 n（1）标准电阻值（）标准电阻值（R0）n（2）绝缘电阻（）绝缘电阻（RG）n（3）灵敏度系数（）灵敏度系数（K）n（4）应变极限（）应变极限（max）n（5）允许电流（）允许电流（Ie）允许电流是指应允许电流是指应变片允许通过的最大电流。变片允许通过的最大电流。n（6）机械滞后）机械滞后2022/10/1131第31页，共110页，编辑于2022年，星期一2.3.2 测量转换电路测量转换电路n1应变片测量应变的基本原理应变片测量应变的基本原理 n2测量转换
16、电路测量转换电路2022/10/1132第32页，共110页，编辑于2022年，星期一1应变片测量应变的基本原理应变片测量应变的基本原理n在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，应在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，应变片随着发生相同的变化，同时应变片电阻值也变片随着发生相同的变化，同时应变片电阻值也发生相应变化。当测得应变片电阻值变化量发生相应变化。当测得应变片电阻值变化量 R时，时，便可得到被测对象的应变值。根据应力与应变的便可得到被测对象的应变值。根据应力与应变的关系，得到应力值关系，得到应力值为为=E n应力值应力值正比于应变正比于应变，而试件应变，而试件应变 正比于电阻值正比于电
17、阻值的变化，所以应力的变化，所以应力正比于电阻值的变化，这就是正比于电阻值的变化，这就是利用应变片测量应变的基本原理。利用应变片测量应变的基本原理。2022/10/1133第33页，共110页，编辑于2022年，星期一2测量转换电路测量转换电路n机械应变一般在机械应变一般在10 3000 之间，之间，而应变灵敏度而应变灵敏度k值较小，因此电阻相对变值较小，因此电阻相对变化是很小的，用一般测量电阻的仪表是化是很小的，用一般测量电阻的仪表是难直接测出来，必须用专门的电路来测难直接测出来，必须用专门的电路来测量这种微弱的变化，最常用的电路为直量这种微弱的变化，最常用的电路为直流电桥和交流电桥。流电桥
18、和交流电桥。2022/10/1134第34页，共110页，编辑于2022年，星期一（1）直流电桥电路）直流电桥电路 n直流电桥电路的直流电桥电路的4个桥臂是由个桥臂是由R1、R2、R3、R4组成，其中组成，其中a、c两端接直流电压两端接直流电压Ui，而，而b、d两端为输出端，其输出电压两端为输出端，其输出电压为为Uo。在测量前，取。在测量前，取R1R3=R2R4，输出电压为输出电压为Uo=0。2022/10/1135第35页，共110页，编辑于2022年，星期一（1）直流电桥电路）直流电桥电路n当桥臂电阻发生变化，且当桥臂电阻发生变化，且RiRi，在，在电桥输出端的负载电阻为无限大时，电电桥输
19、出端的负载电阻为无限大时，电桥输出电压可近似表示为桥输出电压可近似表示为 2022/10/1136第36页，共110页，编辑于2022年，星期一（1）直流电桥电路）直流电桥电路n一般采用全等臂形式，即一般采用全等臂形式，即R1=R2=R3=R4=R，2022/10/1137第37页，共110页，编辑于2022年，星期一（2）电桥工作方式）电桥工作方式n 半桥单臂工作方式半桥单臂工作方式 n 半桥双臂工作方式半桥双臂工作方式 n 全桥全桥4臂工作方式臂工作方式 2022/10/1138第38页，共110页，编辑于2022年，星期一 半桥单臂工作方式半桥单臂工作方式n传感器输出的电阻变化量传感器输
20、出的电阻变化量R只接入电桥只接入电桥的一个桥臂中，在工作时，其余的一个桥臂中，在工作时，其余3个电阻个电阻的阻值没有变化（即的阻值没有变化（即R2=R3=R4=0）。电桥的输出电）。电桥的输出电压为压为 n灵敏度为灵敏度为 2022/10/1139第39页，共110页，编辑于2022年，星期一 半桥双臂工作方式半桥双臂工作方式n安装两个工作应变片，一个受拉应变，安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，称一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，称为半桥差动电路，电桥的输出电压为为半桥差动电路，电桥的输出电压为nn灵敏度为灵敏度为n线性关系，温度补偿等优点。线性关系，温度补偿等优
21、点。2022/10/1140第40页，共110页，编辑于2022年，星期一 全桥全桥4臂工作方式臂工作方式n若将电桥若将电桥4臂接入臂接入4片应变片，即片应变片，即2个受拉应变，个受拉应变，2个个受压应变，将受压应变，将2个应变符号相同的接入相对桥臂上，个应变符号相同的接入相对桥臂上，构成全桥差动电路。电桥的构成全桥差动电路。电桥的4个桥臂的电阻值都发个桥臂的电阻值都发生变化，电桥的输出电压为生变化，电桥的输出电压为nn灵敏度为灵敏度为n全桥差动电路没有非线性误差，电压灵敏度是单全桥差动电路没有非线性误差，电压灵敏度是单片的片的4倍，具有温度补偿作用。倍，具有温度补偿作用。2022/10/11
22、41第41页，共110页，编辑于2022年，星期一（3）电桥的线路补偿）电桥的线路补偿 n 零点补偿零点补偿n要求电桥的要求电桥的4个桥臂电阻值个桥臂电阻值n相同是不可能的，这样就使相同是不可能的，这样就使n电桥不能满足初始平衡条件电桥不能满足初始平衡条件n（即（即U00）。为了解决这）。为了解决这n一问题，可以在一对桥臂电一问题，可以在一对桥臂电n阻乘积较小的任一桥臂中串阻乘积较小的任一桥臂中串n联一个可调电阻进行调节补联一个可调电阻进行调节补n偿。偿。2022/10/1142第42页，共110页，编辑于2022年，星期一 温度补偿温度补偿环境温度的变化也会引起电桥电阻的变化，导致电桥的零点
23、漂移，这种因环境温度的变化也会引起电桥电阻的变化，导致电桥的零点漂移，这种因温度变化产生的误差称为温度误差。产生的原因有：电阻应变片的电阻温温度变化产生的误差称为温度误差。产生的原因有：电阻应变片的电阻温度系数不一致；应变片材料与被测试件材料的线膨胀系数不同，使应变片度系数不一致；应变片材料与被测试件材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变。因此有必要进行温度补偿，以减少或消除由此而产生的测产生附加应变。因此有必要进行温度补偿，以减少或消除由此而产生的测量误差。电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿法和应变片自补偿两量误差。电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。大类。
24、在只有一个应变片工作的桥路中，可用补偿片法。在另一块和被测试件结构材料在只有一个应变片工作的桥路中，可用补偿片法。在另一块和被测试件结构材料相同而不受应力的补偿块上贴上和工作片规格完全相同的补偿片，使补偿块和被相同而不受应力的补偿块上贴上和工作片规格完全相同的补偿片，使补偿块和被测试件处于相同的温度环境，工作片和补偿片分别接入电桥的相邻两臂如图所示。测试件处于相同的温度环境，工作片和补偿片分别接入电桥的相邻两臂如图所示。由于工作片和补偿片所受温度相同，则两者所产生的热应变相等。因为是处于电由于工作片和补偿片所受温度相同，则两者所产生的热应变相等。因为是处于电桥的两臂，所以不影响电桥的输出。补偿
25、片法的优点是简单、方便，在常温下补桥的两臂，所以不影响电桥的输出。补偿片法的优点是简单、方便，在常温下补偿效果比较好。缺点是温度变化梯度较大时，比较难以掌握。偿效果比较好。缺点是温度变化梯度较大时，比较难以掌握。当测量桥路处于双臂半桥和全桥工作方式时，电当测量桥路处于双臂半桥和全桥工作方式时，电桥相邻两臂受温度影响，同时产生大小相等、符桥相邻两臂受温度影响，同时产生大小相等、符号相同的电阻增量而互相抵消，从而达到桥路温号相同的电阻增量而互相抵消，从而达到桥路温度自补偿的目的。度自补偿的目的。2022/10/1143第43页，共110页，编辑于2022年，星期一2.3.3 应变式传感器应用实例应
26、变式传感器应用实例 n电阻应变片、丝测量机械、仪器及工程电阻应变片、丝测量机械、仪器及工程结构等的应力、应变结构等的应力、应变n与某种形式的弹性敏感元件相配合专门与某种形式的弹性敏感元件相配合专门制成各种应变式传感器用来测量力、压制成各种应变式传感器用来测量力、压力、扭矩、位移和加速度等物理量力、扭矩、位移和加速度等物理量 2022/10/1144第44页，共110页，编辑于2022年，星期一1应变式测力与荷重传感器应变式测力与荷重传感器 n电阻应变式传感器的最大用武之地是在电阻应变式传感器的最大用武之地是在称重和测力领域称重和测力领域 2022/10/1145第45页，共110页，编辑于20
27、22年，星期一应变式力传感器 应变式力传感器 FFFF2022/10/1146第46页，共110页，编辑于2022年，星期一各种悬臂梁 2022/10/1147第47页，共110页，编辑于2022年，星期一各种悬臂梁 FF固定点固定点固定点固定点电缆2022/10/1148第48页，共110页，编辑于2022年，星期一应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置FR1R2 R42022/10/1149第49页，共110页，编辑于2022年，星期一应变式荷重传感器外形及受力位置（续）FF2022/10/1150第50页，共110页，编辑于2022年，星期一汽车衡（以下参考北京远亚兴业商贸有限公司资料
28、北京远亚兴业商贸有限公司资料）2022/10/1151第51页，共110页，编辑于2022年，星期一2压力传感器压力传感器 n压力传感器主要用于测量流体的压力压力传感器主要用于测量流体的压力 2022/10/1152第52页，共110页，编辑于2022年，星期一3位移传感器位移传感器n应变式位移传感器是把被测位移量转变应变式位移传感器是把被测位移量转变成弹性元件的变形和应变，然后通过应成弹性元件的变形和应变，然后通过应变计和应变电桥，输出正比于被测位移变计和应变电桥，输出正比于被测位移的电量的电量 2022/10/1153第53页，共110页，编辑于2022年，星期一4.加速度传感器加速度传感
29、器 2022/10/1154第54页，共110页，编辑于2022年，星期一2.4 热电阻传感器热电阻传感器n按热电阻性质的不同分为两大类：按热电阻性质的不同分为两大类：n金属热电阻金属热电阻 热电阻热电阻n半导体热电阻半导体热电阻 热敏电阻。热敏电阻。2022/10/1155第55页，共110页，编辑于2022年，星期一2.4.1.1 热电阻传感器基本工作原理热电阻传感器基本工作原理 n热电阻是利用电阻与温度成一定函数关热电阻是利用电阻与温度成一定函数关系的特性，由金属材料制成的感温元件。系的特性，由金属材料制成的感温元件。n当被测温度变化时，导体的电阻随温度当被测温度变化时，导体的电阻随温度
30、变化而变化，通过测量电阻值变化的大变化而变化，通过测量电阻值变化的大小而得出温度变化的情况及数值大小小而得出温度变化的情况及数值大小.2022/10/1156第56页，共110页，编辑于2022年，星期一2022/10/1157第57页，共110页，编辑于2022年，星期一基本要求：基本要求：n电阻温度系数（电阻温度系数（）要大，以获得较高）要大，以获得较高的灵感度；电阻率（的灵感度；电阻率（）要高，以便使）要高，以便使元件尺寸可以小；电阻值随温度变化尽元件尺寸可以小；电阻值随温度变化尽量呈线性关系，以减小非线性误差；在量呈线性关系，以减小非线性误差；在测量范围内，物理、化学性能稳定；材测量范
31、围内，物理、化学性能稳定；材料工艺性好、价格便宜等。料工艺性好、价格便宜等。2022/10/1158第58页，共110页，编辑于2022年，星期一2.4.1.2 常用热电阻及特性常用热电阻及特性 n1铂电阻铂电阻 n2铜电阻铜电阻 n3其他热电阻其他热电阻 2022/10/1159第59页，共110页，编辑于2022年，星期一1铂电阻铂电阻n铂电阻主要用于制成标准电阻温度计，铂电阻主要用于制成标准电阻温度计，其测量范围一般为其测量范围一般为200+650。n性能稳定，重复性好，测量精度高，其性能稳定，重复性好，测量精度高，其电阻值与温度之间有很近似的线性关系。电阻值与温度之间有很近似的线性关系
32、。缺点是电阻温度系数小，价格较高。缺点是电阻温度系数小，价格较高。2022/10/1160第60页，共110页，编辑于2022年，星期一铂电阻的结构与实物图铂电阻的结构与实物图2022/10/1161第61页，共110页，编辑于2022年，星期一防爆型铂热电阻2022/10/1162第62页，共110页，编辑于2022年，星期一铂电阻铂电阻n当温度当温度t在在 2000范围内时，铂电阻范围内时，铂电阻值与温度的关系可表示为值与温度的关系可表示为nn当温度当温度t在在200850范围内时，铂范围内时，铂的电阻值与温度的关系为的电阻值与温度的关系为n 2022/10/1163第63页，共110页，
33、编辑于2022年，星期一铂电阻使用结论铂电阻使用结论n热电阻热电阻Rt不仅与不仅与t有关，还与其在有关，还与其在0时时的电阻值的电阻值R0有关，即在同样温度下，有关，即在同样温度下，R0取值不同，取值不同，Rt的值也不同。目前国内统的值也不同。目前国内统一设计的工业用铂电阻的一设计的工业用铂电阻的R0值有值有46和和100等几种，并将等几种，并将R0与与t相应关系列成相应关系列成表格形式，称为分度表上述两种铂电阻表格形式，称为分度表上述两种铂电阻的分度号分别用的分度号分别用BA1和和BA2表示，使用表示，使用分度表时，只要知道热电阻的分度表时，只要知道热电阻的Rt值，便值，便可从表中求得与可从
34、表中求得与Rt相对应的温度值相对应的温度值t 2022/10/1164第64页，共110页，编辑于2022年，星期一2铜电阻铜电阻n铜电阻的特点是价格便宜（而铂是贵重铜电阻的特点是价格便宜（而铂是贵重金属），纯度高，重复性好，电阻温度金属），纯度高，重复性好，电阻温度系数大，系数大，=（4.254.28）10 3/（铂的电阻温度系数（铂的电阻温度系数在在0100之间的平均值为之间的平均值为3.910-3/），其测温范围为），其测温范围为 50+150，当温度再高时，裸铜就氧化了。当温度再高时，裸铜就氧化了。2022/10/1165第65页，共110页，编辑于2022年，星期一2铜电阻铜电阻n铜
35、的电阻值与温度呈线性关系，可表示铜的电阻值与温度呈线性关系，可表示为为nRt=R0（1+t）。2022/10/1166第66页，共110页，编辑于2022年，星期一2铜电阻铜电阻n铜热电阻的主要缺点是电阻率小，所以铜热电阻的主要缺点是电阻率小，所以制成一定电阻时与铂材料相比，铜电阻制成一定电阻时与铂材料相比，铜电阻要细，造成机械强度不高，或要长则体要细，造成机械强度不高，或要长则体积较大，而且铜电阻容易氧化，测温范积较大，而且铜电阻容易氧化，测温范围小。因此，铜电阻常用于介质温度不围小。因此，铜电阻常用于介质温度不高、腐蚀性不强、测温元件体积不受限高、腐蚀性不强、测温元件体积不受限制的场合。铜
36、电阻的制的场合。铜电阻的R0值有值有50和和100两种。分度号分别为两种。分度号分别为Cu50、Cu100。2022/10/1167第67页，共110页，编辑于2022年，星期一汽车用水温传感器及水温表 铜热电阻铜热电阻2022/10/1168第68页，共110页，编辑于2022年，星期一3其他热电阻其他热电阻n镍和铁的电阻镍和铁的电阻 n新颖的热电阻，例如铑铁电阻、铟电阻、新颖的热电阻，例如铑铁电阻、铟电阻、锰电阻、碳电阻等。锰电阻、碳电阻等。2022/10/1169第69页，共110页，编辑于2022年，星期一2.4.1.3 热电阻的测量电路热电阻的测量电路 n最常用的热电阻测温电路是电桥
37、电路最常用的热电阻测温电路是电桥电路 n普通测量普通测量n精密测量精密测量2022/10/1170第70页，共110页，编辑于2022年，星期一普通测量普通测量2022/10/1171第71页，共110页，编辑于2022年，星期一精密测量精密测量2022/10/1172第72页，共110页，编辑于2022年，星期一2.4.1.4 热电阻的应用热电阻的应用 n1温度测量温度测量 n2流量测量流量测量n金属热电阻传感器作温度测量的主要特金属热电阻传感器作温度测量的主要特点是精度高，适用于测低温（测高温时点是精度高，适用于测低温（测高温时常用热电偶传感器），便于远距离、多常用热电偶传感器），便于远距
38、离、多点、集中测量和自动控制。点、集中测量和自动控制。2022/10/1173第73页，共110页，编辑于2022年，星期一1.温度测量温度测量n利用热电阻的高灵敏度进行液体、气体、利用热电阻的高灵敏度进行液体、气体、固体、固熔体等方面的温度测量，是热固体、固熔体等方面的温度测量，是热电阻的主要应用。工业测量中常用电阻的主要应用。工业测量中常用3线制线制接法，标准或实验室精密测量中常用接法，标准或实验室精密测量中常用4线线制。制。2022/10/1174第74页，共110页，编辑于2022年，星期一2.流量测量流量测量n热电阻上的热量消耗和介质流速的关系热电阻上的热量消耗和介质流速的关系还可以
39、测量流量、流速、风速等还可以测量流量、流速、风速等 2022/10/1175第75页，共110页，编辑于2022年，星期一2.4.2 其他电阻式传感器其他电阻式传感器n1热敏电阻传感器热敏电阻传感器 n2集成温度传感器集成温度传感器 2022/10/1176第76页，共110页，编辑于2022年，星期一1热敏电阻传感器热敏电阻传感器n热敏电阻是用半导体材料制成的热敏器热敏电阻是用半导体材料制成的热敏器件。相对于一般的金属热电阻而言，它件。相对于一般的金属热电阻而言，它主要具备如下特点：（主要具备如下特点：（1）电阻温度系数）电阻温度系数大，灵敏度高，比一般金属电阻大大，灵敏度高，比一般金属电阻
40、大10100倍。（倍。（2）结构简单，体积小，可以）结构简单，体积小，可以测量点温度。（测量点温度。（3）电阻率高，热惯性小，）电阻率高，热惯性小，适宜动态测量。（适宜动态测量。（4）阻值与温度变化呈）阻值与温度变化呈非线性关系。（非线性关系。（5）稳定性和互换性较差。）稳定性和互换性较差。2022/10/1177第77页，共110页，编辑于2022年，星期一1热敏电阻传感器热敏电阻传感器n（1）热敏电阻结构。）热敏电阻结构。2022/10/1178第78页，共110页，编辑于2022年，星期一MF12型型NTC热敏电阻热敏电阻聚脂塑料封装热敏电阻聚脂塑料封装热敏电阻2022/10/1179第
41、79页，共110页，编辑于2022年，星期一玻璃封装玻璃封装NTC热敏热敏电阻电阻大功率大功率PTC热敏电阻热敏电阻2022/10/1180第80页，共110页，编辑于2022年，星期一贴片式NTC热敏电阻非标热敏非标热敏电阻电阻2022/10/1181第81页，共110页，编辑于2022年，星期一（2）热敏电阻的热电特性）热敏电阻的热电特性 2022/10/1182第82页，共110页，编辑于2022年，星期一（3）热敏电阻的基本应用）热敏电阻的基本应用 n 热敏电阻体温表热敏电阻体温表 n 晶体管的温度补偿晶体管的温度补偿 n 电动机的过载保护控制电动机的过载保护控制 2022/10/11
42、83第83页，共110页，编辑于2022年，星期一（1）热敏电阻体温表）热敏电阻体温表2022/10/1184第84页，共110页，编辑于2022年，星期一（2）晶体管的温度补偿）晶体管的温度补偿（3）电动机的过载保护控制）电动机的过载保护控制2022/10/1185第85页，共110页，编辑于2022年，星期一2集成温度传感器集成温度传感器n集成温度传感器就是在一块极小的半导集成温度传感器就是在一块极小的半导体芯片上集成了包括敏感器件、信号放体芯片上集成了包括敏感器件、信号放大电路、温度补偿电路、基准电源电路大电路、温度补偿电路、基准电源电路等在内的各个单元，它使传感器与集成等在内的各个单元
43、，它使传感器与集成电路融为一体电路融为一体 2022/10/1186第86页，共110页，编辑于2022年，星期一（1）AD590系列集成温度传感器系列集成温度传感器 2022/10/1187第87页，共110页，编辑于2022年，星期一2.5 气敏和湿敏电阻传感器气敏和湿敏电阻传感器n2.5.1 气敏电阻传感器气敏电阻传感器n2.5.2 湿敏电阻传感器湿敏电阻传感器 2022/10/1188第88页，共110页，编辑于2022年，星期一2.5.1 气敏电阻传感器气敏电阻传感器n是利用半导体气敏元件同气体接触，造是利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化，借此来检测待定气成半导体性质变
44、化，借此来检测待定气体的成分或者测量其浓度的传感器的总体的成分或者测量其浓度的传感器的总称。称。n气敏传感器主要用于工业上天然气、煤气敏传感器主要用于工业上天然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制。毒、有害气体的监测、预报和自动控制。2022/10/1189第89页，共110页，编辑于2022年，星期一气敏电阻的特性气敏电阻的特性n气敏电阻的材料是金属氧化物气敏电阻的材料是金属氧化物 n金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体后却显示气敏特性导体后却显示气敏特性 2022/10/1190第9
45、0页，共110页，编辑于2022年，星期一2气敏元件的基本测量电路气敏元件的基本测量电路2 气敏元件输出电压与温度的关系 2022/10/1191第91页，共110页，编辑于2022年，星期一3气敏电阻元件的种类气敏电阻元件的种类 n（1）烧结型气敏元件）烧结型气敏元件n（2）薄膜型气敏元件）薄膜型气敏元件n（3）厚膜型气敏元件）厚膜型气敏元件2022/10/1192第92页，共110页，编辑于2022年，星期一4气敏传感器应用电路气敏传感器应用电路 n（1）QM-N5气敏传感器及其应用电路气敏传感器及其应用电路nQM系列气敏元件是采用金属氧化物半导系列气敏元件是采用金属氧化物半导体作敏感材料
46、的体作敏感材料的N型半导体气敏元件，该型半导体气敏元件，该气敏元件接触可燃性气体时电导率增加，气敏元件接触可燃性气体时电导率增加，适宜于在气体报警器、监控仪器，自动适宜于在气体报警器、监控仪器，自动排风装置上作气敏传感器，广泛地应用排风装置上作气敏传感器，广泛地应用于防火、保安、环保和家庭等领域。于防火、保安、环保和家庭等领域。2022/10/1193第93页，共110页，编辑于2022年，星期一 换气扇自动控制电路换气扇自动控制电路 2022/10/1194第94页，共110页，编辑于2022年，星期一（2）简易家用气体报警器）简易家用气体报警器2022/10/1195第95页，共110页，
47、编辑于2022年，星期一2022/10/1196第96页，共110页，编辑于2022年，星期一NH3传感器传感器甲烷传感器甲烷传感器2022/10/1197第97页，共110页，编辑于2022年，星期一氧浓度传感器外形氧浓度传感器外形汽车尾气分析汽车尾气分析2022/10/1198第98页，共110页，编辑于2022年，星期一2.5.2 湿敏电阻传感器湿敏电阻传感器n1湿度的概念和表示方法湿度的概念和表示方法 n2比较成熟的几类湿敏传感器比较成熟的几类湿敏传感器 n3湿敏传感器的应用实例湿敏传感器的应用实例 ZHG型湿型湿敏电阻及其应用敏电阻及其应用 2022/10/1199第99页，共110
48、页，编辑于2022年，星期一1湿度的概念和表示方法湿度的概念和表示方法n湿度是指大气中的水蒸汽含量，通常采用绝对湿度和湿度是指大气中的水蒸汽含量，通常采用绝对湿度和相对湿度两种表示方法。相对湿度两种表示方法。n绝对湿度是指单位空间中所含水蒸汽的绝对含量或绝对湿度是指单位空间中所含水蒸汽的绝对含量或者浓度或者密度，一般用符号者浓度或者密度，一般用符号AH表示，单位表示，单位g/m3。n相对湿度是指被测气体中蒸汽压和该气体在相同相对湿度是指被测气体中蒸汽压和该气体在相同温度下饱和水蒸汽压的百分比，一般用符号温度下饱和水蒸汽压的百分比，一般用符号RH表表示。相对湿度给出大气的潮湿程度，它是一个无示。
49、相对湿度给出大气的潮湿程度，它是一个无量纲的量，在实际使用中多使用相对湿度这一概量纲的量，在实际使用中多使用相对湿度这一概念。念。2022/10/11100第100页，共110页，编辑于2022年，星期一2比较成熟的几类湿敏传感器比较成熟的几类湿敏传感器n（1）氯化锂湿敏电阻）氯化锂湿敏电阻n（2）半导体陶瓷湿敏电阻）半导体陶瓷湿敏电阻2022/10/11101第101页，共110页，编辑于2022年，星期一（1）氯化锂湿敏电阻）氯化锂湿敏电阻n氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解，氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件离子导电率发生变化而制成的测湿元件.n 20
50、22/10/11102第102页，共110页，编辑于2022年，星期一结构结构n引线引线n基片基片n感湿层感湿层n电极电极 2022/10/11103第103页，共110页，编辑于2022年，星期一氯化锂湿敏元件的湿度氯化锂湿敏元件的湿度电阻特性曲线电阻特性曲线 n氯化锂湿敏元件的优点氯化锂湿敏元件的优点是滞后小，不受测试环是滞后小，不受测试环境风速影响，检测精度境风速影响，检测精度高达高达5%，但其耐热，但其耐热性差，不能用于露点以性差，不能用于露点以下测量，器件性能的重下测量，器件性能的重复性不理想，使用寿命复性不理想，使用寿命短。短。2022/10/11104第104页，共110页，编辑