利用熱電阻、熱敏電阻、半導體測溫IC等構成的傳感器。第7章.2熱電阻式傳感器熱電阻1熱敏電阻23半導體測溫IC主要內容熱電阻1熱敏電阻23半導體測溫IC主要內容熱電阻1GeorgSimonOhm（1787-1854)1787年生于巴伐利亞埃爾蘭根城，其父親是一個鎖匠，對哲學和數學都十分愛好1803年考入埃爾蘭根大學，未畢業就在一所中學教書。1811年歐姆又回到埃爾蘭根完成了大學學業，并通過考試于1813年獲得哲學博士學位1817年，他的《幾何學教科書》一書出版1826年，歐姆用伏打電池和溫差電池做實驗時，發現：電流強度與導線長度成反比，完成《金屬導電定律的測定》的論文，發表在德國《化學和物理學雜志》上1827年出版的《動力電路的數學研究》一書中，從理論上推導了歐姆定律為了紀念他，人們把電阻的單位命名為歐姆歐姆定律被發現以后，人們在實驗研究的過程中發現，導體的電阻值不是恒定的，與溫度變化息息相關。電阻值變化溫度熱電阻1①熱電阻的工作原理熱電阻測溫的基礎：

電阻率隨溫度升高而增大，具有正的溫度系數特點:

準確度高，適宜于測低溫

工業上一般用來測量－200－＋500℃范圍的溫度，現在已可以測量的低溫端：1K高溫端：1000℃

熱電阻分度表熱電阻1②熱電阻的材料作為測溫熱電阻的金屬材料應具有如下特性：

電阻溫度系數大，電阻率大，熱容量小；在整個測溫范圍內應具有穩定的物理和化學性質；電阻與溫度的關系最好近似于線性，或為平滑的曲線；容易加工，復制性好，價格便宜。

目前應用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅，并且已作為標準溫測熱電阻。同時，也有用鎳、鐵、銦等材料制成的測溫熱電阻。

鉑電阻的特點是準確度高，穩定性好，性能可靠。鉑在氧化性氣氛中，甚至在高溫下的物理、化學性質都非常穩定。因此鉑被公認為是目前制造熱電阻的最好材料。

鉑電阻主要作為標準電阻溫度計使用，也常被用在工業測量中。此外，還被廣泛地應用于溫度的基準、標準的傳遞。鉑電阻溫度計是目前測溫復現性最好的一種，它的長時間穩定的復現性可達10-4K，優于其他所有溫度計。

熱電阻1③熱電阻性能分析——以鉑為例

鉑電阻的阻值與溫度之間的關系，在0-650℃范圍內可用下式表示：在－200－0℃范圍內則用下式表示：式中Rt——溫度為t℃時的鉑電阻的阻值；

R0——溫度為0℃時的鉑電阻的阻值；A、B、C——常數A=3.9684×10-3/℃B=-5.847×10-7/℃C=-4.22×10-12/℃電阻值是溫度的單值函數，但不一定是線性函數電阻值不僅與材料、溫度相關，還與初始電阻值有關。

由式可見，電阻值與t、R0有關，當R0值不同時，即使在同樣的溫度下其Rt的值也不同。因此作為測量用熱電阻必須規定R0值。

工業用標準鉑電阻R0有100Ω和50Ω兩種，并將電阻值Rt與溫度t的對應關系列成表格，稱為鉑電阻分度表，分度號分別為Pt100和Pt50。薄膜式鉑熱電阻防爆式鉑熱電阻鎧裝式鉑熱電阻Pt100熱電阻Pt100熱電阻分度表目前已經達到W(100)=1.3930,鉑純度：99.9995%工業用鉑電阻純度W(100)=1.387－1.390

鉑電阻材料的純度通常用百度電阻比W（100）來表示，即：式中R100——水沸點（100℃）時的鉑電阻的電阻值；

R0——水冰點（0℃）時的鉑電阻的電阻值。問題1W(100)、Pt(100)中100的含義相同嗎？問題2W(100)是如何計算而來的？熱電阻1④熱電阻性能分析——以銅為例

鉑是貴金屬，價格昂貴，因此在測溫范圍比較小（-50~+150℃）的情況下，可采用銅制成的測溫電阻，稱銅電阻。銅在上述溫度范圍內有很好的穩定性，溫度系數比較大，電阻值與溫度之間接近線性關系。而且材料容易提純，價格便宜。不足之處是測量準確度較鉑電阻稍低、電阻率小。

成本低、測量范圍小、用量廣

百度電阻比

W（100）不小于1.425，分度號分別為Cu100和Cu50。熱電阻1④熱電阻測量電路

如果熱電阻安裝的地方與儀表相距甚遠，當環境溫度變化時其連接導線電阻也要變化。因為它與熱電阻Rt是串聯的，也是電橋臂的一部分，所以會造成測量誤差。熱電阻一般與動圈儀表、自動平衡電橋配套使用。動圈顯示儀表特點：零位可調顯示內容任選刻度自由標定

G為動圈顯示儀表；R1、R2、R3及（Rt+2RW）組成不平衡電橋四個橋臂，Rt為熱電阻，RW=RW1+RL為線路電阻，RL1為熱電阻引線電阻，RL2為連接導線的電阻，RW1為調整電阻。R1、R2、R3及RW1為錳銅電阻。

由于引線及連接導線的電阻（RL1+RL2=RL）與熱電阻Rt一起處在電橋的一個橋臂中，因此RL隨環境溫度的變化全部加入熱電阻的變化之中，直接影響到熱電阻溫度計測量準確性。熱電阻及電橋的三線制接法如圖所示。此時兩根引線經RL1及連接導線RL2分別接在兩個橋臂上，從而使得它們由于環境溫度變化而引入的誤差被相互抵消。熱電阻1熱敏電阻23半導體測溫IC主要內容熱敏電阻21834年以前，M.法拉第就發現硫化銀等半導體材料具有很大的負電阻溫度系數1871年西門子公司首先用純鉑制成測溫用鉑熱敏電阻器，之后又出現純銅和純鎳熱敏電阻器1940年美國J.A.貝克等人發現某些過渡金屬氧化物經混合燒結后，成為具有很大負溫度系數的半導體，而且性能相當穩定。1946年后生產的普通負溫度系數熱敏電阻器，絕大多數是用這種合成氧化物半導體制成的。1954年P.W.哈依曼等人發現添加微量稀土元素的鈦酸鋇陶瓷具有較理想的正電阻溫度系數,以后在此基礎上制成了熱敏電阻器。熱電阻金屬材料熱敏電阻半導體材料MichaelFaraday(1791～1867)英國物理學家、化學家電磁學奠基人之一熱敏電阻2④熱敏電阻原理熱敏電阻是用一種半導體材料制成的敏感元件，其特點是電阻隨溫度變化而顯著變化。電阻-溫度特性

電阻與溫度之間的關系可用下面公式來表示:R=AeB/TA—與熱敏電阻尺寸形狀以及它的半導體物理性能有關

的常數；

B—與半導體物理性能有關的常數；

T—熱敏電阻的絕對溫度。

若已知兩個電阻值R1和R2，以及相應的溫度值T1和T2，便可求出A、B兩個常數。

可得到以電阻R1作為一個參數的溫度特性表達式R1=AeB/T1R2=AeB/T2

通常取20℃時的熱敏電阻的阻值為R1，記作R20，并稱它為標稱電阻值，則

其電阻-溫度特性曲線如圖所示。

電阻溫度系數αT可求得

由式可知，熱敏電阻的溫度系數也與溫度有關。而且對于大多數熱敏電阻，它的溫度系數均為負值。控制材料成分，也可以制成具有正溫度系數的熱敏電阻。正溫度系數熱敏電阻的電阻-溫度特性可用下面公式計算式中

R2、R1——溫度分別為T、T1時的電阻值；

B——正溫度系數，熱敏電阻與半導體物理性能有關的常數。NTC熱敏電阻NTC熱敏電阻PTC熱敏電阻討論熱敏電阻有什么具體的應用呢？熱電阻1熱敏電阻23半導體測溫IC主要內容3半導體測溫IC測量原理：硅半導體的基極與發射極間的電壓Vbe具有大約－2mV/℃的溫度系數。特點：傳感器體積小、精度高、響應快和穩定性好，容易集成化，溫度傳感器中可包含放大器。測溫范圍：－50℃～＋200℃溫度傳感器IC－DS18B203半導體測溫IC①測溫IC——恒流工作方式當集電極以恒定電流通過時，基極與發射極間電壓（-Vbe）作為運算放大器A的輸出得到。Ic一定時，Vbe的溫度關系曲線和它的溫度系數曲線如圖示。若已知溫度為T1，激勵電流為IC1時，輸出電壓為Vbe1則根據擴散電流理論給出，在150℃以下：式中α、γ——由半體決定的常數；

k/e——波耳茲曼常數與電子電量之比；

Vg0——硅的能量禁帶寬度的外插