热电阻传感器的应用

1.金属热电阻传感器的应用

热电阻式流量计是金属热电阻传感器的典型应用之一。

热电阻式流量计是根据物理学中关于介质内部热传导现象制成的。如果温度为ta的热电阻放入温度为tc介质内，设热电阻与介质相接触的表面面积为A，则热电阻耗散的热量Q可表示为

Q＝KA（ta－tc）（2.12）式中 K——热传导系数，或称传热系数。

实验证明，K与介质的密度、黏度、平均流速等参数有关。当其他参数为定值时，K仅与介质的平均流速v成正比，即

Q∝v（2.13）

式 （2.13）说明通过测量热电阻耗散的热量Q即可测量介质的平均流速或流量图2－22所示为热电阻式流量计的电路原理图。由图2－22可知，它采用两个铂热电阻探头Rt1和Rt2，分别接在电桥的两个相邻桥臂上。Rt1放在被测介质的流通管道的中心，它所耗散的热量与被测介质的平均流速成正比，Rt2放在温度与被测介质相同，但不受介质流速影响的连通小室中。当被测介质处于静止状态时，将电桥调到平衡状态，检流计P指零；当介质以平均流速流动时，由于介质流动要带走热量，因而Rt1温度下降，引起其阻值下降，电桥失去平衡，检流计P有相应指示。可以将检流计P按平均流速或流量标定，这样就构成了直读式热电阻流速表或流量计。

图2－22 热电阻式流量计的电路原理图

2.热敏电阻的应用

热敏电阻具有尺寸小、响应速度快、灵敏度高等优点，因此它在很多领域得到广泛应用。热敏电阻在工业上的用途很广，根据产品型号的不同，其适用范围也各不相同，具体有以下几个方面：

（1）热敏电阻测温

作为测量温度的热敏电阻一般结构较简单，价格较低廉。没有外面保护层的热敏电阻只能应用在干燥的地方；密封的热敏电阻不怕湿气的侵蚀，可以使用在较恶劣的环境下。由于热敏电阻的阻值较大，故其连接导线的电阻和接触电阻可以忽略，因此热敏电阻可以在长达几千米的远距离测量温度中应用，测量电路多采用桥路。图2－23所示为热敏电阻体温表的原理。利用其原理还可以用作其他测温、控温电路。

图2－23 热敏电阻体温表的原理

（a）桥式电路；（b）调频式电路1—热敏电阻；2—指针式显示器；3—调零电位器；4—调满度电位器

用热敏电阻测量温度时必须先调零，再调满度，最后再验证刻度盘中其他各点温差是否在允许范围内，这一过程称为标定。在图2－23中，具体做法如下：将绝缘的热敏电阻放入32℃（表头的零位）的温水中，待热量平衡后，调节RP1，使指针指在32℃上，再加热水，用更高一级的温度计监测水温，使其上升到45℃。待热量平衡后，调节RP2，使指针指在45℃上。再加入冷水，逐渐降温，检查32℃～45℃范围内分度的准确性。如果不准确，可重新标度；如果有微机，可用软件修正。

（2）热敏电阻用于温度补偿

热敏电阻可在一定的温度范围内对某些元器件温度进行补偿。例如，动圈式仪表表头中的动圈由铜线绕制而成。温度升高，电阻增大，引起温度的误差。因而可以在动圈的回路中将负温度系数的热敏电阻与锰铜丝电阻并联后再与被补偿元器件串联，从而抵消由于温度变化所产生的误差，如图2－24所示。

图2－24 仪表中的温度补偿

在晶体管电路、对数放大器中，也常用热敏电阻组成补偿电路，补偿由于温度引起的漂移误差。

（3）过热保护

过热保护分直接保护和间接保护。对小电流场合，可把热敏电阻直接串入负载中，防止过热损坏以保护器件；对大电流场合，可用于对继电器、晶体管电路等的保护。不论哪种情况，热敏电阻都与被保护器件紧密结合在一起，从而使两者之间充分进行热交换，一旦过热，热敏电阻则起保护作用。例如，在电动机的定子绕组中嵌入突变型热敏电阻并与继电器串联。当电动机过载时，定子电流增大，引起发热。当温度大于突变点时，电路中的电流可以由十分之几毫安突变为几十毫安，因此继电器动作，从而实现过热保护。热敏电阻过热保护电路如图2－25所示。

图2－25 热敏电阻过热保护电路

（4）热敏电阻用于液面的测量

给NTC热敏电阻施加一定的加热电流，它的表面温度将高于周围的空气温度，此时它的阻值较小。当液面高于它的安装高度时，液体将带走它的热量，使之温度下降、阻值升高。判断它的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。汽车油箱中的油位报警传感器就是利用以上原理制作的。热敏电阻在汽车中还用于测量油温、冷却水温等。