熱敏電阻傳感器最終

1、1234 熱敏電阻是利用某種半導體材料的電阻率隨熱敏電阻是利用某種半導體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。 在溫度傳感器中應用最多的有在溫度傳感器中應用最多的有熱電偶熱電偶、熱熱電阻電阻（如鉑、銅電阻溫度計等）和（如鉑、銅電阻溫度計等）和熱敏電阻熱敏電阻。熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場合下（改進，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場合下（- -40350）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。感器。 5 早在1837年人們就發(fā)現(xiàn)Ag2S的電導率隨溫度的改變而變

2、化這一現(xiàn)象。最早用來制造熱敏電阻的是VO2，美國貝爾實驗室早在1940年左右利用Mn、Co、Ni、Cu等金屬氧化物研制出工藝簡單、性能良好的熱敏電阻器。6玻璃殼玻璃殼熱敏電阻熱敏電阻引線引線7熱敏電阻的特點熱敏電阻的特點1 1靈敏度高。通常溫度變化靈敏度高。通常溫度變化11阻值變化阻值變化約約1%1%6%6%，電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬，絕，電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬，絕對值比一般金屬電阻大對值比一般金屬電阻大1010100100倍。倍。2 2材料加工容易、性能好材料加工容易、性能好3 3阻值在阻值在1110M10M之間可供自由選擇，之間可供自由選擇，使用方便。使用方便。4 4穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好5 5原

3、料資源豐富，價格低廉原料資源豐富，價格低廉6. 6. 主要缺點是其阻值與溫度變化呈非線主要缺點是其阻值與溫度變化呈非線性關(guān)系。原件穩(wěn)定性和互換性較差。性關(guān)系。原件穩(wěn)定性和互換性較差。8 三三 熱敏電阻的基本參數(shù)熱敏電阻的基本參數(shù)標稱電阻標稱電阻R R2525（冷阻）（冷阻） 標稱電阻是熱敏電阻在標稱電阻是熱敏電阻在2525時的阻值。標稱電時的阻值。標稱電阻大小由熱敏電阻材料和幾何尺寸決定。阻大小由熱敏電阻材料和幾何尺寸決定。2. 2. 材料常數(shù)材料常數(shù)B BN N表征負溫度系數(shù)表征負溫度系數(shù)(NTC)(NTC) 材料的物理特性常數(shù)。材料的物理特性常數(shù)。B BN N值決定值決定于材料的激活能于材

4、料的激活能E E，B BN N值隨溫度升高略有增加。值隨溫度升高略有增加。 3. 3. 電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)t (%/)(%/) 熱敏電阻的溫度變化熱敏電阻的溫度變化1 1 時其阻值變化率與其值時其阻值變化率與其值之比。之比。95. 時間常數(shù)時間常數(shù) 在零功率測量狀態(tài)下，當環(huán)境溫度突在零功率測量狀態(tài)下，當環(huán)境溫度突變時電阻器的溫度變化量從開始到最變時電阻器的溫度變化量從開始到最終變量的終變量的63.2所需的時間。時間常所需的時間。時間常數(shù)表征熱敏電阻加熱或冷卻的速度。數(shù)表征熱敏電阻加熱或冷卻的速度。106. 6. 最高工作溫度最高工作溫度T Tmaxmax 熱敏電阻在規(guī)定的技術(shù)條件下長期連

5、續(xù)工作所允熱敏電阻在規(guī)定的技術(shù)條件下長期連續(xù)工作所允許的最高溫度許的最高溫度 7 7 額定功率額定功率PEPE 熱敏電阻器在規(guī)定的條件下，長期連續(xù)熱敏電阻器在規(guī)定的條件下，長期連續(xù)負荷工作所允許的消耗功率。在此功率負荷工作所允許的消耗功率。在此功率下下, ,它自身溫度不應超過它自身溫度不應超過TmaxTmax8 8 測量功率測量功率P0P0 熱敏電阻器在規(guī)定的環(huán)境溫度下熱敏電阻器在規(guī)定的環(huán)境溫度下, ,受到受到測量電流加熱而引起的電阻值變化不超測量電流加熱而引起的電阻值變化不超過過0.10.1時所消耗的功率。時所消耗的功率。11 1 1正溫度系數(shù)熱敏電阻器（正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTCPTC）

6、 Positive Temperature CoefficientPositive Temperature Coefficient 2 2負溫度系數(shù)熱敏電阻器（負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTCNTC） Negative Temperature CoefficientNegative Temperature Coefficient 3 3突變型負溫度系數(shù)熱敏電阻器（突變型負溫度系數(shù)熱敏電阻器（CTRCTR） Chop Temperature ResistorChop Temperature Resistor四四 熱敏電阻的分類熱敏電阻的分類 1213（一）熱敏電阻器的電阻（一）熱敏電阻器的電阻溫度特

7、性（溫度特性（R RT TT T） 1234060120 1600100101102103104105106RT/溫度T/C熱敏電阻的電阻熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線溫度特性曲線1- -NTC；2- -CTR； 3 PTCTT與與RTT特特性曲線一致。性曲線一致。T/14R RT T、R RT0T0溫度為溫度為T T、T T0 0時熱敏電阻器的電阻值；時熱敏電阻器的電阻值； B BN N NTC NTC熱敏電阻的材料常數(shù)。熱敏電阻的材料常數(shù)。由測試結(jié)果表明，不管是由氧化物材料，還是由單晶體由測試結(jié)果表明，不管是由氧化物材料，還是由單晶體材料制成的材料制成的NTCNTC熱敏電阻器，在不太寬的溫度

8、范圍（小熱敏電阻器，在不太寬的溫度范圍（小于于450450），都能利用該式，它僅是一個經(jīng)驗公式。），都能利用該式，它僅是一個經(jīng)驗公式。 1 1 負電阻溫度系數(shù)負電阻溫度系數(shù)(NTC)(NTC)熱敏電阻器的溫度特性熱敏電阻器的溫度特性011exp0TTBRRNTTNTC的電阻的電阻溫度關(guān)系的一般數(shù)學表達式為：溫度關(guān)系的一般數(shù)學表達式為：0ln11ln0TNTRTTBR15為了使用方便，常取環(huán)境溫度為為了使用方便，常取環(huán)境溫度為25作為參考溫度（即作為參考溫度（即T0=25），則），則NTC熱敏電阻器的電阻熱敏電阻器的電阻溫度關(guān)系式：溫度關(guān)系式：29811exp25TBRRNT0255075100

9、1250.511.522.533.5(25C,1)RT / RT0-T特性曲線RT/R25T/162. 2.正溫度系數(shù)（正溫度系數(shù)（PTCPTC）熱敏電阻器的電阻）熱敏電阻器的電阻溫度特性溫度特性其特性是利用正溫度熱敏材料，在居里點附近結(jié)構(gòu)發(fā)其特性是利用正溫度熱敏材料，在居里點附近結(jié)構(gòu)發(fā)生相變引起導電率突變來取得的，典型特性曲線如圖生相變引起導電率突變來取得的，典型特性曲線如圖104103102100100200PTC熱敏電阻器的電阻溫度曲線T/C電阻/Tp1Tp217 正溫度系數(shù)熱敏電阻的工作溫度范圍較窄，在工作區(qū)兩端，電阻-溫度曲線上有兩個拐點，其橫坐標即溫度分別為TP1和TP2.當溫度低

10、于TP1時，溫度靈敏度低；當溫度升高到TP2后，電阻值隨溫度升高按指數(shù)規(guī)律迅速增大。正溫度系數(shù)熱敏電阻在工作溫度范圍TP1至TP2內(nèi)存在溫度TC，對應有較大的系數(shù)T。18 經(jīng)實驗證實：在工作溫度范圍內(nèi)，正溫度系數(shù)熱敏電經(jīng)實驗證實：在工作溫度范圍內(nèi)，正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻阻器的電阻溫度特性可近似用下面的實驗公式表示：溫度特性可近似用下面的實驗公式表示：式中式中 RT、RT0溫度分別為溫度分別為T、T0時的電阻值；時的電阻值； BP正溫度系數(shù)熱敏電阻器的材料常數(shù)。正溫度系數(shù)熱敏電阻器的材料常數(shù)。若對上式取對數(shù)，則得：若對上式取對數(shù)，則得：0exp0TTBRRPTT0lnln0TPTRTTBR以

11、以lnRT、T分別作為縱坐標和橫坐標，得到下圖。分別作為縱坐標和橫坐標，得到下圖。19 ）可見：可見： 正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻溫度系數(shù)正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻溫度系數(shù)tp ，正好等于它的材料常數(shù)正好等于它的材料常數(shù)BP的值。的值。 lnRr1lnRr2BPmRBP=tg=mR/mrT1T2lnRr0mrlnRTT 表示的表示的PTC熱敏電阻器電阻熱敏電阻器電阻溫度曲線溫度曲線lnRrTPPTPTPTTtpBTTBRTTBRBdTdRR00expexp100若對上式微分，可得若對上式微分，可得PTC熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)tp20TRXRAITRXRE21XTSRRRT

12、RS1TRUIAITRXRETRXRTRXTRR 22TRXRTRXRTRXTRR /XTXTRRRRR23 abcdUmU0I0ImU/VI/mANTC熱敏電阻的靜態(tài)伏安特性熱敏電阻的靜態(tài)伏安特性 二、熱敏電阻器的伏安特性（二、熱敏電阻器的伏安特性（U UI I）表示加在其兩端的電壓和通過的電流，在熱敏電阻器表示加在其兩端的電壓和通過的電流，在熱敏電阻器和周圍介質(zhì)熱平衡（即加在元件上的電功率和耗散功和周圍介質(zhì)熱平衡（即加在元件上的電功率和耗散功率相等）時的互相關(guān)系。率相等）時的互相關(guān)系。1.1.負溫度系數(shù)（負溫度系數(shù)（NTCNTC）熱敏電阻器的伏安特性）熱敏電阻器的伏安特性該曲線是在環(huán)境溫度

13、為該曲線是在環(huán)境溫度為T0時的靜時的靜態(tài)介質(zhì)中測出的靜態(tài)態(tài)介質(zhì)中測出的靜態(tài)UI曲線曲線.熱敏電阻的端電壓熱敏電阻的端電壓UT和通過它和通過它的電流的電流I有如下關(guān)系：有如下關(guān)系：0000exp11expTTTBIRTTBIRIRUNNTTT0環(huán)境溫度；環(huán)境溫度；T熱敏電阻的溫升。熱敏電阻的溫升。24 上圖表明：當電流很小時，元件的功耗小，電流不足以引起熱敏電阻發(fā)熱，元件的溫度基本上就是環(huán)境的溫度T0在這種情況下，熱敏電阻相當于一個固定電阻，電壓與電阻之間的關(guān)系符合歐姆定律，所以Oa段為線性工作區(qū)域。隨著電流的增加，熱敏電阻的耗散功率增加，使工作電流引起熱敏電阻的自然溫升超過介質(zhì)溫度，則熱敏電阻

14、的阻值下降。當電流繼續(xù)增加時，電壓的增加卻逐漸緩慢，因此出現(xiàn)非線性正阻區(qū)ab段。當電流為Im時，其電壓達到最大Um。若電流繼續(xù)增加，熱敏電阻自身加溫更劇烈，使其阻值迅速減小，其阻值減小的速度超過電流增加的速度，因此熱敏電阻的電壓降隨電流的增加而降低，形成cd段負阻區(qū)。當電流超過某一允許值時，熱敏電阻將被燒壞。2526 104103102101105Um10110210310010-1ImPTC熱敏電阻器的靜態(tài)伏安特性2 2正溫度系數(shù)（正溫度系數(shù)（PTCPTC）熱敏電阻器的伏安特性）熱敏電阻器的伏安特性27 如圖所示，它與負溫度系數(shù)熱敏電阻一樣，曲線的起始端為直線，其斜率與熱敏電阻在環(huán)境溫度下的

15、電阻值相等。這是因為流過的電流很小時，耗散功率引起的溫升可以忽略不計的緣故。當熱敏電阻的溫度超過環(huán)境溫度時，引起阻值增大，曲線開始彎曲，當電壓增值Um時，存在一個電流最大值Im，如電壓繼續(xù)增加，由于溫升引起電阻值增加的速度超過電壓增加的速度，電流反而減小，曲線斜率由正變負。28 三、功率三、功率- -溫度特性（溫度特性（P PT TT T）描述熱敏電阻器的電阻體與外加功率之間的關(guān)系描述熱敏電阻器的電阻體與外加功率之間的關(guān)系,與電與電阻器所處的環(huán)境溫度、介質(zhì)種類和狀態(tài)等相關(guān)。阻器所處的環(huán)境溫度、介質(zhì)種類和狀態(tài)等相關(guān)。四、熱敏電阻器的動態(tài)特性四、熱敏電阻器的動態(tài)特性熱敏電阻器的電阻值的變化完全是由

16、熱現(xiàn)象引起的。熱敏電阻器的電阻值的變化完全是由熱現(xiàn)象引起的。因此，它的變化必然有時間上的滯后現(xiàn)象。這種電阻因此，它的變化必然有時間上的滯后現(xiàn)象。這種電阻值隨時間變化的特性，叫做熱敏電阻器的動態(tài)特性。值隨時間變化的特性，叫做熱敏電阻器的動態(tài)特性。動態(tài)特性種類：動態(tài)特性種類：u周圍溫度變化所引起的加熱特性；周圍溫度變化所引起的加熱特性；u周圍溫度變化所引起的冷卻特性；周圍溫度變化所引起的冷卻特性；u熱敏電阻器通電加熱所引起的自熱特性。熱敏電阻器通電加熱所引起的自熱特性。2930伏安特性伏安特性的位置的位置在儀器儀表中的應用在儀器儀表中的應用 U m 的左邊的左邊溫度計、溫度差計、溫度補償、微小溫度

17、檢測、溫度報警、溫度計、溫度差計、溫度補償、微小溫度檢測、溫度報警、溫度繼電器、濕度計、分子量測定、水分計、熱計、紅外溫度繼電器、濕度計、分子量測定、水分計、熱計、紅外探測器、熱傳導測定、比熱測定探測器、熱傳導測定、比熱測定U m的附近的附近液位測定、液位檢測液位測定、液位檢測U m的右邊的右邊流速計、流量計、氣體分析儀、真空計、熱導分析流速計、流量計、氣體分析儀、真空計、熱導分析旁熱型旁熱型熱敏電阻器熱敏電阻器風速計、液面計、真空風速計、液面計、真空計計（一）檢測和電路用的熱敏電阻器（一）檢測和電路用的熱敏電阻器 （U m峰值電壓）峰值電壓） 檢測用檢測用的熱敏電阻在儀表中的應用的熱敏電阻在

18、儀表中的應用 一、熱敏電阻器的應用一、熱敏電阻器的應用31電路元件電路元件熱敏電阻器在儀表中應用分類熱敏電阻器在儀表中應用分類 在儀器儀表中的應用在儀器儀表中的應用U m 的左邊的左邊偏置線圖的溫度補償、儀表溫度補償、熱電偶偏置線圖的溫度補償、儀表溫度補償、熱電偶溫度補償、晶體管溫度補償溫度補償、晶體管溫度補償U m的附近的附近恒壓電路、延遲電路、保護電路恒壓電路、延遲電路、保護電路U m的右邊的右邊自動增益控制電路、自動增益控制電路、RC振蕩器、振幅穩(wěn)定電路振蕩器、振幅穩(wěn)定電路 測溫用的熱敏電阻器，其工作點的選取，由熱敏測溫用的熱敏電阻器，其工作點的選取，由熱敏電阻的伏安特性決定。電阻的伏安

19、特性決定。 伏安特性伏安特性的位置的位置32JDtRRABG33溫度檢測用的各種熱敏電阻器探頭溫度檢測用的各種熱敏電阻器探頭 1熱敏電阻；熱敏電阻；2鉑絲；鉑絲；3銀焊；銀焊；4釷鎂絲；釷鎂絲；5絕緣柱；絕緣柱；6玻璃玻璃（二）（二） 測溫用的熱敏電阻器測溫用的熱敏電阻器1 1、 各種熱敏電阻傳感器結(jié)構(gòu)各種熱敏電阻傳感器結(jié)構(gòu)342 2、 測表面電阻用的熱敏電阻器安裝方法測表面電阻用的熱敏電阻器安裝方法 圖為測表面溫度用的熱敏電阻器的各種安裝方式。圖為測表面溫度用的熱敏電阻器的各種安裝方式。 測量物體表面溫度時熱敏電阻器的安裝方式正確錯誤35123412345Ir/mAU/VUR=IT0RUR=IT1RUR=IT2RUR=IT0R0UR=