电阻式检测元件教学PPT.ppt

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1、检测技术与检测元件 电阻式检测元件,测控教研室,2.3 电阻式检测元件,2.3.1 工作原理及主要特性 2.3.2 电阻应变片的温度误差及补偿 2.3.3 电阻应变片的测量电路 2.3.4 电阻式传感器的应用,2.3.1电阻应变传感器工作原理,电阻式应变传感器作为测力与应变的主要传感器，测力范围小到肌肉纤维（510-5N)，大到登月火箭（5107N)，精确度可到 0.010.1%，有10年以上的校准稳定性。可用于应变力、压力、转矩、位移、加速度。据统计日本力传感器中应变片占70%，美国占90%。 电阻式传感器是应用最广泛的传感器，传感 器的基本原理是将被测的非电量转换成电阻 值的变化，再经转换

2、电路变换成电量输出。 应变式传感器特征： 主要优点，使用简单、精度高、范围大体积小。 缺点，电阻、半导体会随温度变化。 不同材料类型，金属应变片、半导体应变片；,概述,2.3.1电阻应变传感器工作原理,概述,各种电子秤,广泛应用于,2.3.1电阻应变传感器工作原理,概述,高 精 度 电 子 汽 车 衡,动态电子秤,电子天平,2.3.1电阻应变传感器工作原理,概述,2.3.1电阻应变传感器工作原理,上海卢浦大桥通车应变试验,2.3.1电阻应变传感器工作原理,上海国际会议中心模型试验,2.3.1电阻应变传感器工作原理,金属应变片结构： 网状敏感栅高阻金 属丝、金属箔 基片绝缘材料 盖片保护层,金属

3、电阻应变片的基本原理基于电阻应变效应,即导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形,其阻值将发生变化的现象。,应变：物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象 弹性应变：当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变 弹性元件：具有弹性应变特性的物体,应用：广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量,2.3.1 电阻应变传感器工作原理,2.3.1.1 应变效应,电阻应变片的工作原理是基于应变效应。即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化， 这种现象称为“应变效应”。,一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：,当电阻丝受到拉力F作用时， 将伸长l，横截面积相

4、应减小A，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了，从而引起电阻值变化量为 ：,式中：dL/L长度相对变化量，用应变表示为,电阻相对变化量：,2.3.1 电阻应变传感器工作原理,2.3.1 电阻应变传感器工作原理,dA/A圆形电阻丝的截面积相对变化量，设r为电阻丝的半径，微分后可得dA=2r dr，则 ：,材料力学：在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长， 沿径向缩短， 轴向应变和径向应变的关系可表示为 ：,为电阻丝材料的泊松比， 负号表示应变方向相反。,因此由 推得：,2.3.1 电阻应变传感器工作原理,定义：电阻丝的灵敏系数为单位应变所引起的电阻相对变化量。其表达式为,也可以表示为：,

5、2.3.1 电阻应变传感器工作原理,灵敏度系数K受两个因素影响,一是：应变片受力后材料几何尺寸的变化， 即1+2 二是：应变片受力后材料的电阻率发生的变化， 即（/）/。 对金属材料：1+2( /)/ 对半导体材料：( /)/1+2 大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即K为常数。,2.3.1 电阻应变传感器工作原理,2.3.1.2 电阻应变片种类,常用的电阻应变片有两种： 金属电阻应变片 半导体应变片,1、金属电阻应变片,金属丝式 0.012-0.050mm金属丝（康铜、镍铬合金、贵金属）做敏感栅 金属箔式 用光刻腐蚀工艺、照相制版制作成厚0.003mm0.010m

6、m的金属箔栅 金属箔式应变片散热条件好，可做成任意形状，应用广泛。,2.3.1 电阻应变传感器工作原理,2.3.1 电阻应变传感器工作原理,2、半导体电阻应变片,半导体电阻应变片的工作原理主要基于半导体材料的压阻效应。,2.3.1 电阻应变传感器工作原理,半导体敏感元件产生压阻效应时其电阻率的相对变化与应变力间的关系为：,因此对于半导体应变片来说，其灵敏系数为：,式中： 半导体材料的压阻系数; 半导体材料的所受应变力; E半导体材料的弹性模量; 半导体材料的应变。,19,. 应变片的主要特性 （相对）灵敏系数K 绝缘电阻 横向效应 机械滞后 零漂和蠕变 允许电流 应变极限,*,20,（相对）灵

7、敏系数K 应变计的灵敏系数直接关系到应变测量的精度。 K值通常采用从批量生产中每批抽样，在规定条件下通过实测确定即应变计的标定,故K又称标定灵敏系数。 标定条件：试件材料取泊松比=0.285的钢；试件单向受力；应变计轴向与主应力方向一致。,实验发现：实际应变片的K值比单丝的K值要小 原因：横向效应；粘结层传递变形失真。,*,21,绝缘电阻 应变片引线与被测试件之间的电阻值。 它取决于粘合剂及基底材料的种类。 绝缘电阻过低，会造成应变片与试件之间漏电，产生测量误差。,*,22,横向效应 直的线材绕成敏感栅后，即使总长度相同，应变状态一样，应变敏感栅的电阻变化仍要小一些，从而导致灵敏系数K的改变，

8、这种现象称为横向效应 。,*,23,机械滞后 机械滞后：应变片粘贴在被测试件上，当温度恒定时，其加载特性与卸载特性不重合的现象。 产生原因：主要是敏感栅、基底和粘合剂在承受机械应变后所留下的残余变形 。,机械滞后值还与应变片所承受的应变量有关，加载时的机械应变愈大，卸载时的滞后也愈大。 所以，通常在实验之前应将试件预先加、卸载若干次，以减少因机械滞后所产生的实验误差。,R1/R,1,应变,卸载,加载,应变片的机械滞后,*,R/R,24,零漂和蠕变 粘贴在试件上的应变片，在恒定温度下，不承受机械应变时指示应变值随时间变化的特性称为应变片的零漂。 在恒定温度下，使应变片承受一恒定的机械应变，指示应

9、变值随时间变化的特性称应变片的蠕变。,*,25,允许电流 （最大工作电流） 允许电流是指应变片不因电流产生的热量而影响测量准确度所允许通过的最大电流。 工作电流大，应变片输出信号大，灵敏度高， 但过大的电流会把应变片烧毁。,*,26,应变极限,在恒温条件下，使非线性误差达到10%时的真实应变值，称为应变极限，用elim表示。,真实应变是由于工作温度变化或承受机械载荷，在被测试件内产生应力(包括机械应力和热应力)时所引起的表面应变。,应变计的线性(灵敏系数为常数)特性，只有在一定的应变限度范围内才能保持。 当试件输入的真实应变超过某一限值时，应变计的输出特性将出现非线性。,*,非线性误差用相对误

10、差表示：,2.3.2 电阻应变片的温度误差及补偿,应变片安装在自由膨胀的试件上，如果环境温度变化，应变片的电阻也会变化，这种变化叠加在测量结果中称应变片温度误差。,应变片温度误差来源有两个： 1、应变片本身电阻温度系数0影响； 2、试件材料的线膨胀系数g影响。,1、应变片温度误差,Rt=R0(1+0t),（1）电阻丝阻值与温度关系： 敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：,2.3.2 电阻应变片的温度误差及补偿,式中: Rt温度为t时的电阻值； R0温度为t0时的电阻值； 0温度为t0时金属丝的电阻温度系数； t温度变化值，t=t-t0。 当温度变化t时，电阻丝电阻的变化值为： ,R

11、=Rt-R0=R00t,2.3.2 电阻应变片的温度误差及补偿,（2）试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响 当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时：环境温度变化不会产生附加变形。 当试件与电阻丝材料的线膨胀系数不同时：环境温度变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。,2.3.2 电阻应变片的温度误差及补偿,2、温度补偿方法,电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿和应变片自补偿两大类。 电桥补偿是最常用且效果较好的电阻片温度误差补偿方法。,31,测量应变时，使用两个应变片，一片贴在被测试件的表面，图中R1称为工作应变片。另一片贴在与被测试件材料相同的补偿块上，图中R2，称为补偿应变片。

12、 在工作过程中补偿块不承受应变，仅随温度发生变形。,电桥补偿,补偿原理：桥路相临两臂增加相同电阻，对电桥输出无影响。,*,32,如图，电桥输出电压与桥臂参数的关系为 式中 A由桥臂电阻和电源电压决定的常数。,由上式可知，当R3、R4为常数时，Rl和R2对输出电压的作用方向相反。,*,33,（1）当被测试件不承受应变时，R1和R2处于同一温度场，调整电桥参数，可使电桥输出电压为零，即平衡状态： 上式中：可以选择R1=R2=R及R3=R4=R。 （2）当温度升高或降低时，若R1t=R2t，即两个应变片的热输出相等，由上式可知电桥的输出电压为零，即,=,可见,输出电压USC与温度无关。,*,34,（

13、3）当工作应变片感受应变时，只会引起电阻R1发生变化，R2不承受应变。电桥将产生相应输出电压：,由上式可知，电桥输出电压只与应变有关，与温度无关，从而达到温度补偿的目的。,*,2.3.2 电阻应变片的温度误差及补偿,注意补偿条件： 在应变片工作过程中，保证R3=R4。 R1和R2两个应变片应具有相同的电阻温度系数、线膨胀系数、应变灵敏度系数K和初始电阻值R0。 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样，两者线膨胀系数相同。 两应变片应处于同一温度场。,3.3 电阻应变片测量电路,一、直流电桥,图3.5 直流电桥,当RL时，电桥输出电压为：,1. 直流电桥平衡条件,2.3.2 电

14、阻应变片测量电路,当电桥平衡时，Uo=0，则有：,R1R4=R2R3,或：,电桥平衡条件：欲使电桥平衡， 其相邻两臂电阻的比值应相等， 或相对两臂电阻的乘积应相等。,电桥平衡条件,2.3.2 电阻应变片测量电路,半桥差动：在试件上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。 该电桥输出电压为：,若R1=R2，R1=R2，R3=R4，则得：,可知：Uo与R1/R1成线性关系，无非线性误差，而且电桥电压灵敏度KU=E/2，是单臂工作时的两倍。,2.3.2 电阻应变片测量电路,全桥差动：电桥四臂接入四片应变片，即两个受拉应变，两个受压应变，将两个应变符号相同的接入相对桥臂上。

15、若R1=R2=R3=R4，且R1=R2=R3=R4，则 ：,结论：全桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度为单片工作时的4倍。,2.3.2 电阻应变片测量电路,例1：图示为等强度梁测力系统，R1为电阻应变片，其灵敏系数K = 2.05，未受应变时R1=100。当梁受力时F，应变片承受的平均应变= 1000 m/m ，求 （1）应变片电阻变化量R1和电阻相对变化量R1 / R1。 （2）将电阻应变片R1置于直流电桥的一个桥臂，若电桥供电电压为3V，求电桥的输出电压。,2.3.2 电阻应变片测量电路,解： （1） R1 / R1=K =2.05*1000*10-6=2.05*10-3 R1=

16、 R1 K =100 2.05*10-3=0.205 （2） U0=E/4 R1 / R1=0.75 2.05*10-3V,3.3 应变式传感器的应用,应变片能将应变直接转换成电阻的变化 其他物理量（力、压力、加速度等），需先将这些量转换成应变弹性元件 应变式传感器的组成：弹性元件、应变片、附件（补偿元件、保护罩等）,被测物理量：荷重或力。 主要用途：作为各种电子称与材料试验机的测力元件、 发动机的推力测试、 水坝坝体承载状况监测等。 力传感器的弹性元件：柱式、筒式、环式、悬臂式等。,一、 应变式力传感器,2.3.2 电阻应变片测量电路,图3.9 圆柱（筒）式力传感器 （a） 柱式；（b） 筒

17、式；（c） 圆柱面展开图；（d） 桥路连线图,1. 柱（筒）式力传感器,2.3.2 电阻应变片测量电路,二、 应变式压力传感器,主要用来测量流动介质的动态或静态压力。 应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。,习题,一、单项选择题 1、为减小或消除非线性误差的方法可采用（ ）。 A. 提高供电电压 B. 提高桥臂比 C. 提高桥臂电阻值 D. 提高电压灵敏度 2、全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的（ ）。 不变 B. 2倍 C. 4倍 D. 6倍 3、通常用应变式传感器测量( )。 A. 温度 B密度 C加速度 D电阻 4、影响金属导电材料应变灵敏系数K的主要因素是（ ）。 A导电材

18、料电阻率的变化 B导电材料几何尺寸的变化 C导电材料物理性质的变化 D导电材料化学性质的变化 5、产生应变片温度误差的主要原因有（ ）。 A电阻丝有温度系数 B试件与电阻丝的线膨胀系数相同 C电阻丝承受应力方向不同 D电阻丝与试件材料不同,B,C,C,A,A,习题,6、电阻应变片的线路温度补偿方法有（ ）。 A差动电桥补偿法 B补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法 C补偿线圈补偿法 D恒流源温度补偿电路法 7、利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（ ）。 A两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片 B两个桥臂都应当用两个工作应变片串联 C两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变

19、片 8、关于电阻应变片，下列说法中正确的是（ ） A应变片的轴向应变小于径向应变 B金属电阻应变片以压阻效应为主 C半导体应变片以应变效应为主 D金属应变片的灵敏度主要取决于受力后材料几何尺寸的变化 9、金属丝的电阻随着它所受的机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生相应的变化的现象称为金属的（ ）。 A.电阻形变效应 B.电阻应变效应 C.压电效应 D.压阻效应,B,C,D,B,习题,10、（ ）是采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成一层各种形式敏感栅而形成应变片。这种应变片灵敏系数高，易实现工业化生产，是一种很有前途的新型应变片。 A.箔式应变片 B.半导体应变片 C.沉积膜应变

20、片 D.薄膜应变片 11、由( )和应变片以及一些附件(补偿元件、保护罩等)组成的装置称为应变式传感器。 A.弹性元件 B.调理电路 C.信号采集电路 D.敏感元件 12、直流电桥平衡的条件是（ ）。 A 相临两臂电阻的比值相等 B 相对两臂电阻的比值相等 C相临两臂电阻的比值不相等 D 所有电阻都相等 13、直流电桥的平衡条件为（ ） A相邻桥臂阻值乘积相等 B相对桥臂阻值乘积相等 C相对桥臂阻值比值相等 D相邻桥臂阻值之和相等,D,A,A,B,习题,二、填空题 1、单位应变引起的 称为电阻丝的灵敏度系数。 2、产生电阻应变片温度误差的主要因素有 的影响和 的影响。 3、直流电桥平衡条件是

21、。 4、直流电桥的电压灵敏度与电桥的供电电压的关系是 关系。 5、电阻应变片的温度补偿中，若采用电桥补偿法测量应变时， 粘贴在被测试件表面上，补偿应变片粘贴在与被测试件完全相同的 上，且补偿应变片 。 6、半导体应变片工作原理是基于 效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数 。 7、电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除 同时还能起到 的作用。 8、电阻应变式传感器的核心元件是 ，其工作原理是基于 。,电阻值变化量,试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数,相邻两臂电阻的比值相等,正比,工作应变片,补偿块,不承受应变,压阻,大,非线性误差,提高灵敏度,电阻应变片,应变效应,电阻温度系数,

22、习题,9、应变式传感器中的测量电路是式将应变片的 转换成 的变化，以便方便地显示被测非电量的大小。 10、电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除 ， 同时还能起到 的作用。 11、应变式传感器是由 和电阻应变片及一些附件组成的。 12、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称 效应；固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称 效应。 13、应变片可以把应变的变化转换为电阻的变化，为显示与记录应变的大小，还要把电阻的变化再转换为电压或电流的变化，完成上述作用的电路称为电阻应变式传感器的_ _ _，一般采用测量电桥。 14、电阻应变片的温度误差是由 的改变给

23、测量带来的附加误差，其产生的原因有 的影响和 的影响。 15、要把微小应变引起的微小电阻变化精确的测量出来，需采用特别设计的测量电路，通常采用 或 。 16、减小或消除非线性误差的方法有 和采用差动电桥。其中差动电桥可分为 和 两种方式。,电阻变化量,电量,非线性误差,温度补偿,弹性元件,应变,压阻,信号调节电路,环境温度,电阻温度系数,试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数,直流电桥,交流电桥,提高桥臂比,半桥差动,全桥差动,习题,三、简答题 1、什么叫应变效应？ 利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。 2、试简要说明电阻应变式传感器的温度误差产生的原因。 3、什么是直流电桥？若按桥臂工作方式

24、不同，可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？ 4、简述电阻应变计产生热输出(温度误差)的原因及其补偿方法。 5、试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。 6、 金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？ 7、简要说明电阻应变式传感器的工作原理。 8、请简要一下解释压阻效应。 四、计算题 1、在半导体应变片电桥电路中，其一桥臂为半导体应变片，其余均为固定电阻，该桥路受到=4300应变作用。若该电桥测量应变时的非线性误差为1%，n=R2/R1=1，则该应变片的灵敏系数为多少？,习题,2、图中，设负载电阻为无穷大（开路），图中E=4V， R1=R2=R3=R4=100。 （1）R1为

25、金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为R1=1.0时，试求电桥的输出电压Uo。 （2）R1，R2都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，试求电桥的输出电压Uo。 （3）R1，R2都是应变片，且批号相同，感应应变的大小为R1=R2=1.0，但极性相反，其余为外接电阻，试求电桥的输出电压Uo。,习题,3、图中，设电阻应变片R1的灵敏度系数K=2.05，未受到应变时，R1=120。当试件受力F时，应变片承受平均应变=800m/m。试求： （1）应变片的电阻变化量R1和电阻相对变化量R1/R1。 （2）将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，求电桥输出

26、的电压及其非线性误差。 （3）如果要减小非新性误差，应采取何种措施？并分析其电桥输出电压及非线性误差大小。,习题,4、一应变片的电阻R=120 ，k=2.05，用作应变片为800m/m的传感元件。 .求R/R和R； .若电源电压U=3V，惠斯登电桥初始平衡，求输出电压U0。 11、一个直流应变电桥如图5-38。已知：R1=R2=R3=R4=R=120，E=4V，电阻应变片灵敏度S=2。求：（1）当R1为工作应变片，其余为外接电阻，R1受力后变化R1/R=1/100时，输出电压为多少？ （2）当R2也改为工作应变片，若R2的电阻变化为1/100时，问R1和R2是否能感受同样极性的应变，为什么？,

27、习题,5、一个直流应变电桥如图（a）所示，已知R1=R2=R3=R4=R=100, E=4V，电阻应变片灵敏度S=2。 求：1）当R1为工作应变片，其余为外接电阻，R1受力后变化R1/R=1/100时，输出电压为多少？ 2）当R2也改为工作应变片，若R2的电阻变化为1/100时，问R1和R2能否感受同样极性的应变，为什么？ 3）若要测量图（b）所示悬臂梁的受力F, 四个臂全部为应变片，请在梁上标出R1、R2、R3、R4应变片粘贴的位置。,(a) (b),习题,6、已知一等强度梁测力系统，Rx为电阻应变片，应变片灵敏系数K=2，未受应变时，Rx = 100。当试件受力F时，应变片承受平均应变 =

28、 1000m/m，求： （1）应变片电阻变化量Rx和电阻相对变化量Rx/Rx 。 （2）将电阻应变片Rx置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，求电桥输出电压及电桥非线性误差。 （3）若要使电桥电压灵敏度分别为单臂工作时的两倍和四倍，应采取哪些措施？分析在不同措施下的电桥输出电压及电桥非线性误差大小。,作业,题 3.7： 解： （1）R1为应变片时属于单臂 （2）如R1，R2感受极性和大小相同，Uo=0。 （3）如R1，R2感受极性和大小相同， 若R1受拉应变，R2受压应变： 若R1受压应变，R2受拉应变：,作业,题 3.8： 解：（1） （2）将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，取其他桥臂电

29、阻也为R1 。当 R1有 R1的变化时，电桥输出电压为 ： 非线性误差：,作业,解：（3）采用差动电桥： 半桥差动： 全桥差动：,59,2.3.5 热电阻式检测元件 原理：基于导体或半导体的电阻随温度变化的性质热电阻效应； 通过测量其电阻值推算出被测物体的温度，电阻温度传感器的工作原理。 电阻温度传感器主要用于测量-200500范围内的温度。,*,60,热电阻的材料应具有以下特性： （1）电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系； （2）电阻率高，热容量小，反应速度快； （3）材料的复现性和工艺性好，价格低； （4）在测温范围内化学物理性能稳定。 纯金属是热电阻的主要制造

30、材料。,61,（1）金属热电阻：一般金属的电阻值都随温度的升高而升高。 金属热电阻需考虑问题 R0（t0的R）的大小 综合考虑常用的R050和R0100 电阻丝的粗细 综合考虑： 铂电阻 d0.030.07mm 铜电阻 d0.1mm 目前常用的金属热电阻有铂电阻、铜电阻。,热电阻丝,热电阻式检测元件分为两大类：一是金属热电阻，二是半导体热敏电阻 。,*,62,铂电阻与温度之间的关系接近于线性， 在0850范围内可用下式表示 在-2000范围内为 目前国内统一设计的一般工业用标准铂电阻R0值有100W和500W两种，并将电阻值Rt与温度t的相应关系统一列成表格，称分度表，分度号分别用pt100和

31、pt500表示。,温度系数（A、B、C）：电阻的温度变化1 时电阻值的相对变化率。,*,铂电阻,63,实际测量中, 只要测得热电阻的阻值Rt, 便可从分度表上查出对应的温度值。,*,64,铂热电阻Pt100分度表,*,在测量精度要求不高，且测温范围比较小的情况下，可采用铜做热电阻材料代替铂电阻。 在-50150的温度范围内，铜电阻与温度呈线性关系，其电阻与温度的函数表达式为 铜电阻只能用在低温及无侵蚀性的介质中. 我国以R0值在50和100条件下，制成相应分度表作为标准。,*,铜电阻,66,*,当液体流动时，铂电阻4温度随流速变化，铂电阻3温度不随流速变化，流体速度将引起电桥的不平衡输出。,6

32、7,热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度变化这一特性制成的一种热敏元件。,结构外形：圆片形、柱形、珠形等 符号,圆片形,柱形,珠形,符号,*,（2）热敏电阻,68,（1）灵敏度高。一般金属当温度变化 l时，其阻值变化0.4左右，而半导体热敏电阻变化可达36； （2）体积小。珠形热敏电阻的探头的最小尺寸达0.2mm，能测热电偶和其它温度计无法测量的空隙、腔体、内孔等处的温度，如人体血管内的温度等； （3）使用方便。热敏电阻阻值范围在102105欧姆之间可任意挑选，热惯性小，而且不像热电偶需要冷端补偿，不必考虑线路引线电阻和接线方式，容易实现远距离测量，功耗小。,*,热敏电阻的特点,69,热敏电阻的

33、种类很多，分类方法也不相同。按热敏电阻的阻值与温度关系这一重要特性可分为: 1正温度系数热敏电阻器（PTC） 电阻值随温度升高而增大的电阻器，简称PTC热敏阻器。 2负温度系数热敏电阻器（NTC） 电阻值随温度升高而下降的热敏电阻器,简称NTC热敏电阻器。 3突变型负温度系数热敏电阻器（CTR)-临界型 该类电阻器的电阻值在某特定温度范围内随温度升高而降低34个数量级，即具有很大负温度系数。是一种开关型热敏电阻 。具有很好的开关特性，常作为温度控制元件,热敏电阻的分类,*,70,热敏电阻器的电阻温度特性（RTT）,1,2,3,4,铂丝,40,60,120,160,0,100,101,102,1

34、03,104,105,106,RT/,温度T/C,热敏电阻的电阻-温度特性曲线 1-NTC；2-CTR； 3-4 PTC,TT与RTT特性曲线一致。,*,71,热敏电阻的导电性能主要由内部的载流子（电子和空穴）密度和迁移率所决定。 当温度升高时外层电子在热激发下，大量成为载流子，使载流子的密度大大增加，活动能力加强，从而导致其阻值急剧下降。,：电阻率 n：载流子浓度 e：载流子所带电荷 ：载流子迁移率,*,热敏电阻的导电机理,72,热敏电阻的应用,热敏电阻测温 热敏电阻用于温度补偿,仪表中常用的一些零件多数是用金属丝做成的，金属一般具有正的温度系数，采用负温度系数的热敏电阻进行补偿，可以抵消由

35、于温度变化所产生的误差。,热敏电阻温度计原理图,热敏电阻用于仪表温度 补偿原理图,*,73,热 敏 电 阻 液 位 传 感 器,*,在图中过热保护电路中，Rt应选用_（PTC/NTC）。 当线路中出现故障过热时，PTC阻值突变，使继电器线圈失电释放；当故障排除，PTC有可恢复性，不必换新。 可看到PTC用于电路消磁，启动或过热过流保护中。,75,热敏电阻应用实例,体温计,CPU测温,热水器温度控制,*,76,2.3.6其它电阻式检测元件 1.湿敏电阻 2.气敏电阻 3.电位器式检测元件,*,77,1.湿敏电阻,湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致其电阻率变化的特性制成的电阻元件。 （工

36、作原理） 湿度是指大气中的水蒸气含量, 通常采用绝对湿度和相对湿度两种表示方法。 绝对湿度是指单位空间中所含水蒸气的质量, 一般用符号AH表示。 相对湿度是指气体的绝对湿度与同一温度下该气体达到饱和状态的绝对湿度的比值, 一般用符号RH表示，是一个无量纲的量。 在实际使用中多使用相对湿度这一概念。,*,78,结构 它是由感湿膜与保护膜1、电极2 和基片3组成。,湿敏元件结构原理图,*,79,湿敏电阻的特性 湿敏电阻的阻值随湿度增加而减小，而且湿敏电阻的特性与温度有关，所以在使用中，要采用温度补偿措施。,湿敏电阻特性曲线,*,80,高分子湿敏电阻,高分子湿敏电阻,湿敏电阻,*,81,氧化锂湿敏电

37、阻,*,82,气敏电阻的材料是金属氧化物半导体, 当被气体吸附时这些材料的电阻率会发生变化，利用这个原理可以制成气敏元件和气敏传感器-通过电阻率变化监视气体浓度。 金属氧化物半导体分N型半导体（氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等）和P型半导体（氧化钴、 氧化铅、氧化铜、氧化镍等）。 用途：主要用于工业上天然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制。,*,2.气敏电阻,83,气敏电阻的检测灵敏度受温度影响很大，在常温下输出信号微弱，升温后电导率变化明显。,提高对某些气体成分的选择性和灵敏度的方法：（1）渗入微量的铂、银、金等元素；（2）使用金属盐类催化剂。,*,84,（1）氧化锡系气敏电阻 该器件的电导率随器件本身温度的升高而增加, 在100300范围内电导率变化很大。,常用气敏电阻,*,85,（2）氧化锌系气敏电阻,*,86,（3）氧化铁系气敏电阻,*,气敏电阻外形,酒精传感器,其他可燃性气体传感器,家庭用液化气报警器,检出可燃气体时，气敏电阻减小，电压增大,气敏电阻的应用,一氧化碳传感器,其他气体传感器,NH3传感器,甲烷传感器,