第二章傳感器輸入換能器-檢測(cè)裝置

第二章傳感器（輸入換能器）－檢測(cè)裝置inputtransducers－measuringdevices前言：所有的工業(yè)控制都要正確迅速地檢測(cè)被控變量，最好的方法是將被控變量轉(zhuǎn)換成電氣訊號(hào)，再用電氣檢測(cè)裝置檢測(cè)。電氣信號(hào)比起機(jī)械信號(hào)，有如下優(yōu)點(diǎn)：1電氣信號(hào)易于傳送；2電氣信號(hào)易于放大和過(guò)濾（amplifyfilter）；3電氣信號(hào)易于處理，如時(shí)間積分，極限檢查等傳感器常檢測(cè)的物理量：位置、速率、加速度、力、壓力、流速、溫度、光強(qiáng)度、濕度。敏感元件（sensor）：也稱(chēng)檢測(cè)元件，是一種能夠靈敏地感受被測(cè)參數(shù)并將被測(cè)參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成另一種物理量的變化的元件。傳感器（transducer）：能直接感受被測(cè)參數(shù)，并將被測(cè)參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成一種易于傳送的物理量。變送器（transmitter）：一種特殊的傳感器，使用統(tǒng)一的動(dòng)力源，輸出是一種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)能正確傳遞信息，進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的檢測(cè)，是利用了自然規(guī)律中的各種定律、法則、效應(yīng)，這些自然規(guī)律是參數(shù)檢測(cè)的基礎(chǔ)，可歸納為4個(gè)方面，守恒定律、場(chǎng)的定律、物質(zhì)定律、統(tǒng)計(jì)法則。1守恒定律，是自然界最基本的定律，包括質(zhì)量、能量、動(dòng)量、電荷量等守恒定律。2場(chǎng)的定律，物質(zhì)作用的定律，如運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)定律，電磁場(chǎng)的感應(yīng)定律，光的電磁場(chǎng)的干涉現(xiàn)象等。3物質(zhì)定律，是關(guān)于各種物質(zhì)本身內(nèi)在性質(zhì)的定律、法則、規(guī)律，通常以物質(zhì)所固有的物理量加以描述，與物質(zhì)的材料密切相關(guān)。4統(tǒng)計(jì)法則，利用統(tǒng)計(jì)方法把微觀系統(tǒng)與宏觀系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)的物理法則。參數(shù)的檢測(cè)以自然規(guī)律為基礎(chǔ)，利用敏感元件特有的物理、化學(xué)和生物等效應(yīng)，把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為敏感元件某一物理（化學(xué)）量的變化，根據(jù)敏感元件的不同，參數(shù)檢測(cè)一般有幾種方法：光學(xué)法、力學(xué)法、熱學(xué)法、電學(xué)法、聲學(xué)法、磁學(xué)法、射線法等。一般有：1機(jī)械式檢測(cè)元件：將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為機(jī)械量信號(hào)（位移、振動(dòng)頻率、轉(zhuǎn)角等），可用于壓力、力、加速度、溫度等檢測(cè)，常用有彈性式和振動(dòng)式檢測(cè)元件。2電阻式檢測(cè)元件：將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，常用電阻材料有導(dǎo)體、半導(dǎo)體等，用于位移、形變、加速度、壓力及溫度等檢測(cè)，常見(jiàn)的，電阻應(yīng)變?cè)?、熱電阻、濕敏電阻、氣敏電阻等?電容式檢測(cè)元件：將某些物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，用于位移、振動(dòng)、角位移、加速度、壓力、差壓、物位等檢測(cè)。4熱電式檢測(cè)元件：將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量的變化，熱電偶。5壓電式檢測(cè)元件：利用壓電材料作為敏感元件，以其受外力的作用時(shí)在晶體表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)測(cè)量的，可以把力、壓力、加速度和扭矩等物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。（石英晶體、壓電陶瓷）。6光電式檢測(cè)元件：將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的元件，物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，一般由光源、光學(xué)元件、光電變換器3部分組成。光源發(fā)射出一定光強(qiáng)的光線，光學(xué)元件形成光路照射到光電變換器上，被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，從而引起電信號(hào)的相應(yīng)變化。光電效應(yīng)是指光照射到物質(zhì)上引起其電特性（電子發(fā)射、電導(dǎo)率、電位、電流等）發(fā)生變化的現(xiàn)象，分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。外光電效應(yīng)：在光線作用下，使其內(nèi)部電子逸出物體表面的現(xiàn)象，也稱(chēng)光電發(fā)射效應(yīng)，基于此的有光電管、光電倍增管。服從以下規(guī)律：入射光頻譜成分不變時(shí)，光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成正比。光電子的最大動(dòng)能與入射光的頻率成線性關(guān)系，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。光電子能否產(chǎn)生取決于是否大于紅限頻率（每種物體的光頻閾值）。光電管即使沒(méi)有陽(yáng)極電壓，由于光電子有初始動(dòng)能，也會(huì)有光電流產(chǎn)生。內(nèi)光電效應(yīng)：物體在光線作用下，其內(nèi)部的原子釋放電子，但不逸出物體表面，仍留在內(nèi)部，導(dǎo)致物體的電阻率發(fā)生變化或產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。使電阻率發(fā)生變化的稱(chēng)光電導(dǎo)效應(yīng)，有光敏電阻；產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱(chēng)光生伏特效應(yīng)，有光電池、光敏二極管、光敏三極管等。7磁電式檢測(cè)元件：通過(guò)電磁原理將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，有稱(chēng)電磁感應(yīng)式或電動(dòng)力式傳感器，主要包括磁電感應(yīng)式和霍爾檢測(cè)元件。8磁彈性式檢測(cè)元件：也稱(chēng)壓磁式，簡(jiǎn)稱(chēng)壓磁元件，新型。基于鐵磁材料的磁彈性效應(yīng)，即在受到機(jī)械力作用后，內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，引起磁阻或磁導(dǎo)率變化，主要用于測(cè)力、稱(chēng)重、溫度測(cè)量及應(yīng)力無(wú)損檢測(cè)等。9核輻射式檢測(cè)元件：利用被測(cè)物質(zhì)對(duì)射線的吸收、散射、反射或射線對(duì)被測(cè)物質(zhì)的電離作用工作，可用于檢測(cè)厚度、物位、密度、成分、金屬探傷等，主要由放射源、檢測(cè)器、轉(zhuǎn)換電路組成。溫度檢測(cè)：熱電偶、熱電阻、輻射測(cè)溫（光電高溫計(jì)）、光纖溫度傳感器壓力檢測(cè)：重力平衡法、機(jī)械力平衡法、彈性力平衡法、物性測(cè)量法；彈性壓力計(jì)（彈性模片、波紋管、彈簧管）。壓力傳感器：應(yīng)變式、壓阻式、電容式、壓電式、振頻式、光電式、光纖式、超聲式等。物位檢測(cè)：液位、料位、界位直讀式、靜壓式、浮力式、機(jī)械接觸式、電氣式、光學(xué)式、射線式、光纖式等。流量檢測(cè)：體積流量計(jì)容積式（橢圓齒輪、腰輪、皮膜式）、差壓式（節(jié)流式、均速管、彎管、靶式、浮子）、速度式（渦輪、渦街、電磁、超聲波）質(zhì)量流量計(jì)推導(dǎo)式（體積流量經(jīng)密度補(bǔ)償或溫度、壓力補(bǔ)償求得質(zhì)量）、直接式（科里奧利、熱式、沖量式）氣體成分檢測(cè)：電化學(xué)式、熱學(xué)式、磁學(xué)式、射線式、光學(xué)式、電子光學(xué)式、離子光學(xué)式、色譜式、物性測(cè)量?jī)x表、其他（晶體振蕩式分析儀、半導(dǎo)體氣敏傳感儀）機(jī)械量檢測(cè)：包括長(zhǎng)度、位移、速度、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、力、力矩、振動(dòng)等。位移（電容式、電感式、差動(dòng)變壓器、光纖、光柵標(biāo)尺、容柵標(biāo)尺、磁柵標(biāo)尺）、轉(zhuǎn)速（離心力、光電碼盤(pán)、空間濾波器）、力（金屬應(yīng)變、半導(dǎo)體應(yīng)變、壓敏導(dǎo)電橡膠）、加速度與振動(dòng)（動(dòng)電型振動(dòng)檢測(cè)、微機(jī)械加速度傳感元件）濕度檢測(cè)：空氣（或氣體）中水汽含量。露點(diǎn)法、毛發(fā)膨脹法、干濕球溫度測(cè)量法。電解質(zhì)系濕敏傳感器、陶瓷濕敏傳感器、高分子聚合物濕敏傳感器?；靖拍睿ɑ拘阅苤笜?biāo)）1測(cè)量范圍、上下限、量程：2零點(diǎn)/量程遷移：3靈敏度/分辨率；誤差；精確度：4輸入-輸出特性（滯環(huán)、死區(qū)、回差）：5重復(fù)性、再現(xiàn)性：6可靠性；線形度；穩(wěn)定性：學(xué)習(xí)目標(biāo)：1解釋電位計(jì)（potentionmeter）的線性和分辨率（linearityandresolution）2可變線性差分變壓器（LVDT，linearity）/線性可調(diào)差額變壓器3波東管（Bourdontube）；壓力檢測(cè)設(shè)備（波紋管bellow）4熱電偶（thermocouple）；電阻性溫度檢測(cè)器（RTD，resistivetemperaturedetector）；熱電阻（thermistor）；固態(tài)溫度轉(zhuǎn)換器（solid-statetemperaturetransducer）5光高溫檢測(cè)計(jì)（opticalpyrometer）；光電池和光導(dǎo)電池（photovoltaic/photoconductivecell）；光轉(zhuǎn)軸位置編碼器（opticalshaft-positionencoder）；光位置編碼器（opticalpositionencoder）；光電池檢測(cè)器（photocelldetector）；LED；光電晶體（phototrasistor/photodiode）；光耦合器/光隔離器（opticalcoupler/isolator）；光纖（opticalfiber）6超聲波（ultrasonicwave）7應(yīng)變規(guī)（straingage）；應(yīng)變規(guī)加速計(jì)（accelerometer）8轉(zhuǎn)速計(jì)（tachometer）9霍爾效應(yīng)（halleffect）近似檢測(cè)器（proximitydetector）、功率轉(zhuǎn)換器（powertransducer）、流量計(jì)（flowmeter）10阻性濕度計(jì)/濕度計(jì)（resistivehygrometer/psychrometer）2-1電位計(jì)（Potentionmeter）最普通的一種電氣換能器，將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電氣變動(dòng)。帶滑動(dòng)接頭的電阻器，滑動(dòng)接頭可以在電阻器上任意滑動(dòng)或停留。兩種簡(jiǎn)圖，實(shí)際形狀成圓弧形，滑動(dòng)接頭的位置可借中間轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)加以改變（手或螺絲刀）。圖2-1電位計(jì)簡(jiǎn)圖，a）圓弧形畫(huà)法，比較接近實(shí)際形狀，b）直線畫(huà)法2-1-1電位計(jì)的直線性（PotentionmeterLinearity）圖2-2電位計(jì)電阻和轉(zhuǎn)軸角度關(guān)系，a）真正線性電位計(jì)，b）實(shí)際電位計(jì)，和直線有偏差，c）步進(jìn)式或非連續(xù)電阻變動(dòng)。線性：不論滑動(dòng)接頭在什么地方，滑動(dòng)接頭移動(dòng)相同距離，就改變相同的電阻大小。即電阻器是均勻分布的。絕大多數(shù)電位計(jì)是線性的。百分線性。理想線性圖。真正，偏離理想直線，偏差最嚴(yán)重的地方?jīng)Q定電位計(jì)的百分線性，偏差的百分比（占全部電阻的）即線性。如，偏差10％，即線性10％。2-1-2電位計(jì)解析度（PotentionmeterResolution）實(shí)際電位計(jì)多用導(dǎo)線繞成，在一個(gè)圓柱絕緣物上纏繞多圈而成，電位計(jì)調(diào)整時(shí)，滑動(dòng)接頭由一圈移向另一圈，結(jié)果是所得的電阻值并非完全平滑變動(dòng)，而是以步進(jìn)（step）方式改變，示意如圖2-2c）（夸大后）。電位計(jì)解析度：最小可能電阻變化量，也可以全部電阻的百分率表示。（一般，解析度約高則線性約差，反之亦然。若二者皆好，價(jià)格也貴（20倍以上）。）電位計(jì)兩端加電壓，則將電阻轉(zhuǎn)換成電壓輸出。在電橋上常用到電位計(jì)。圖2-3用于檢測(cè)線路的電位計(jì)，a）電位計(jì)用作簡(jiǎn)單的分壓器，b）電位計(jì)構(gòu)成一邊的電橋，c）電位計(jì)只是電橋的一只腳。2-2可變線性差分變壓器（LVDT，LinearVariableDifferentialTransformer）（線性可調(diào)差額變壓器）將物體位移用交流電壓表示出來(lái)。[電磁相關(guān)知識(shí)補(bǔ)充]Magneticfield（簡(jiǎn)易定義：能夠產(chǎn)生磁力的空間存在著磁場(chǎng)。磁場(chǎng)是一種特殊的物質(zhì)。磁體周?chē)嬖诖艌?chǎng)，磁體間的相互作用就是以磁場(chǎng)作為媒介的。）電流、運(yùn)動(dòng)電荷、磁體或變化電場(chǎng)周?chē)臻g存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。由于磁體的磁性來(lái)源于電流，電流是電荷的運(yùn)動(dòng)，因而概括地說(shuō)，磁場(chǎng)是由運(yùn)動(dòng)電荷或變化電場(chǎng)產(chǎn)生的。磁場(chǎng)的基本特征是能對(duì)其中的運(yùn)動(dòng)電荷施加作用力，磁場(chǎng)對(duì)電流、對(duì)磁體的作用力或力矩皆源于此。而現(xiàn)代理論則說(shuō)明，磁力是電場(chǎng)力的相對(duì)論效應(yīng)。與電場(chǎng)相仿，磁場(chǎng)是在一定空間區(qū)域內(nèi)連續(xù)分布的矢量場(chǎng)，描述磁場(chǎng)的基本物理量是磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量B，也可以用磁感線形象地圖示。然而，作為一個(gè)矢量場(chǎng)，磁場(chǎng)的性質(zhì)與電場(chǎng)頗為不同。運(yùn)動(dòng)電荷或變化電場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)，或兩者之和的總磁場(chǎng)，都是無(wú)源有旋的矢量場(chǎng)，磁力線是閉合的曲線族，不中斷，不交叉。換言之，在磁場(chǎng)中不存在發(fā)出磁力線的源頭，也不存在會(huì)聚磁力線的尾閭，磁力線閉合表明沿磁力線的環(huán)路積分不為零，即磁場(chǎng)是有旋場(chǎng)而不是勢(shì)場(chǎng)（保守場(chǎng)），不存在類(lèi)似于電勢(shì)那樣的標(biāo)量函數(shù)。電磁場(chǎng)是電磁作用的媒遞物，是統(tǒng)一的整體，電場(chǎng)和磁場(chǎng)是它緊密聯(lián)系、相互依存的兩個(gè)側(cè)面，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電磁場(chǎng)以波動(dòng)形式在空間傳播。電磁波以有限的速度傳播，具有可交換的能量和動(dòng)量，電磁波與實(shí)物的相互作用，電磁波與粒子的相互轉(zhuǎn)化等等，都證明電磁場(chǎng)是客觀存在的物質(zhì)，它的“特殊”只在于沒(méi)有靜質(zhì)量。

磁現(xiàn)象是最早被人類(lèi)認(rèn)識(shí)的物理現(xiàn)象之一，指南針是中國(guó)古代一大發(fā)明。磁場(chǎng)是廣泛存在的，地球，恒星(如太陽(yáng))，星系（如銀河系），行星、衛(wèi)星，以及星際空間和星系際空間，都存在著磁場(chǎng)。為了認(rèn)識(shí)和解釋其中的許多物理現(xiàn)象和過(guò)程，必須考慮磁場(chǎng)這一重要因素。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和人類(lèi)生活中，處處可遇到磁場(chǎng)，發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、電報(bào)、電話、收音機(jī)以至加速器、熱核聚變裝置、電磁測(cè)量?jī)x表等無(wú)不與磁現(xiàn)象有關(guān)。甚至在人體內(nèi)，伴隨著生命活動(dòng)，一些組織和器官內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生微弱的磁場(chǎng)。地球的磁級(jí)與地理的兩極相反。

磁場(chǎng)方向：規(guī)定小磁針的北極在磁場(chǎng)中某點(diǎn)所受磁場(chǎng)力的方向?yàn)樵撾姶艌?chǎng)的方向。

磁感線：在磁場(chǎng)中畫(huà)一些曲線，使曲線上任何一點(diǎn)的切線方向都跟這一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同，這些曲線叫磁力線。磁力線是閉合曲線。規(guī)定小磁針的北極所指的方向?yàn)榇帕€的方向。磁鐵周?chē)拇帕€都是從N極出來(lái)進(jìn)入S極，在磁體內(nèi)部磁力線從S極到N極。\o"返回頁(yè)首"電磁場(chǎng)electromagneticfield，有內(nèi)在聯(lián)系、相互依存的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的統(tǒng)一體和總稱(chēng)。隨時(shí)間變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，兩者互為因果，形成電磁場(chǎng)。電磁場(chǎng)可由變速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子引起，也可由強(qiáng)弱變化的電流引起，不論原因如何，電磁場(chǎng)總是以光速向四周傳播，形成電磁波。電磁場(chǎng)是電磁作用的媒遞物，具有能量和動(dòng)量，是物質(zhì)存在的一種形式。電磁場(chǎng)的性質(zhì)、特征及其運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律由麥克斯韋方程組確定。\o"返回頁(yè)首"磁場(chǎng)類(lèi)型恒定磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向保持不變的磁場(chǎng)稱(chēng)為恒定磁場(chǎng)或恒磁場(chǎng)，如鐵磁片和通以直流電的電磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。交變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向在規(guī)律變化的磁場(chǎng)，如工頻磁療機(jī)和異極旋轉(zhuǎn)磁療器產(chǎn)生的磁場(chǎng)。脈動(dòng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度有規(guī)律變化而磁場(chǎng)方向不發(fā)生變化的磁場(chǎng)，如同極旋轉(zhuǎn)磁療器、通過(guò)脈動(dòng)直流電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)。脈沖磁場(chǎng)用間歇振蕩器產(chǎn)生間歇脈沖電流，將這種電流通入電磁鐵的線圈即可產(chǎn)生各種形狀的脈沖磁場(chǎng)。脈沖磁場(chǎng)的特點(diǎn)是間歇式出現(xiàn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的變化頻率、波形和峰值可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。

恒磁場(chǎng)又稱(chēng)為靜磁場(chǎng)，而交變磁場(chǎng)，脈動(dòng)磁場(chǎng)和脈沖磁場(chǎng)屬于動(dòng)磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的空間各處的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等或大致相等的稱(chēng)為均勻磁場(chǎng)，否則就稱(chēng)為非均勻磁場(chǎng)。離開(kāi)磁極表面越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)越弱，磁場(chǎng)強(qiáng)度呈梯度變化。電磁感應(yīng)electromagneticinduction，因磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象（閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)里做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)）。1820年H.C.奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)后，許多物理學(xué)家便試圖尋找它的逆效應(yīng)，提出了磁能否產(chǎn)生電，磁能否對(duì)電作用的問(wèn)題，1822年D.F.J.阿喇戈和A.von洪堡在測(cè)量地磁強(qiáng)度時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)金屬對(duì)附近磁針的振蕩有阻尼作用。1824年，阿喇戈根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象做了銅盤(pán)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的銅盤(pán)會(huì)帶動(dòng)上方自由懸掛的磁針旋轉(zhuǎn)，但磁針的旋轉(zhuǎn)與銅盤(pán)不同步，稍滯后。電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)是最早發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但由于沒(méi)有直接表現(xiàn)為感應(yīng)電流，當(dāng)時(shí)未能予以說(shuō)明。1831年8月，M.法拉第在軟鐵環(huán)兩側(cè)分別繞兩個(gè)線圈，其一為閉合回路，在導(dǎo)線下端附近平行放置一磁針，另一與電池組相連，接開(kāi)關(guān)，形成有電源的閉合回路。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，合上開(kāi)關(guān)，磁針偏轉(zhuǎn)；切斷開(kāi)關(guān)，磁針?lè)聪蚱D(zhuǎn)，這表明在無(wú)電池組的線圈中出現(xiàn)了感應(yīng)電流。法拉第立即意識(shí)到，這是一種非恒定的暫態(tài)效應(yīng)。緊接著他做了幾十個(gè)實(shí)驗(yàn)，把產(chǎn)生感應(yīng)電流的情形概括為5類(lèi)：變化的電流，變化的磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)的恒定電流，運(yùn)動(dòng)的磁鐵，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體，并把這些現(xiàn)象正式定名為電磁感應(yīng)。進(jìn)而，法拉第發(fā)現(xiàn)，在相同條件下不同金屬導(dǎo)體回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流與導(dǎo)體的導(dǎo)電能力成正比，他由此認(rèn)識(shí)到，感應(yīng)電流是由與導(dǎo)體性質(zhì)無(wú)關(guān)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的，即使沒(méi)有回路沒(méi)有感應(yīng)電流，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)依然存在。后來(lái)，給出了確定感應(yīng)電流方向的楞次定律以及描述電磁感應(yīng)定量規(guī)律的法拉第電磁感應(yīng)定律。并按產(chǎn)生原因的不同，把感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)兩種，前者起源于洛倫茲力，后者起源于變化磁場(chǎng)產(chǎn)生的有旋電場(chǎng)。電磁感應(yīng)現(xiàn)象是電磁學(xué)中最重大的發(fā)現(xiàn)之一，它顯示了電、磁現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化，對(duì)其本質(zhì)的深入研究所揭示的電、磁場(chǎng)之間的聯(lián)系，對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立具有重大意義。電磁感應(yīng)現(xiàn)象在電工技術(shù)、電子技術(shù)以及電磁測(cè)量等方面都有廣泛的應(yīng)用。若閉合電路為一個(gè)n匝的線圈，則又可表示為：式中n為線圈匝數(shù)，Δ為磁通量變化量，單位Wb，Δt為發(fā)生變化所用時(shí)間，單位為s.ε為產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，單位為V。1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小計(jì)算公式1)E＝nΔΦ/Δt（普適公式）｛法拉第電磁感應(yīng)定律，E：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V)，n：感應(yīng)線圈匝數(shù)，ΔΦ/Δt:磁通量的變化率｝2)E＝BLVsinA(切割磁感線運(yùn)動(dòng))E=BLV中的v和L不可以和磁感線平行，但可以不和磁感線垂直，其中sinA為v或L與磁感線的夾角。

｛L:有效長(zhǎng)度(m)｝3)Em＝nBSω（交流發(fā)電機(jī)最大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）｛Em:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)峰值｝4)E＝BL2ω/2（導(dǎo)體一端固定以ω旋轉(zhuǎn)切割）

｛ω:角速度(rad/s)，V:速度(m/s)｝2.磁通量Φ＝BS

{Φ:磁通量(Wb),B:勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度(T),S:正對(duì)面積(m2)}3.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正負(fù)極可利用感應(yīng)電流方向判定｛電源內(nèi)部的電流方向：由負(fù)極流向正極｝

*4.自感電動(dòng)勢(shì)E自＝nΔΦ/Δt＝LΔI/Δt｛L:自感系數(shù)(H)(線圈L有鐵芯比無(wú)鐵芯時(shí)要大)，ΔI:變化電流，?t:所用時(shí)間，ΔI/Δt:自感電流變化率(變化的快慢)｝感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件(如果缺少一個(gè)條件,就不會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生)電路是閉合且通的穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化。[補(bǔ)充結(jié)束]典型的如圖，由1個(gè)初級(jí)線圈和2個(gè)二級(jí)線圈組成，都繞在同一個(gè)架子上。架子本身中空，內(nèi)有磁性鐵心，鐵心可左右移動(dòng)。當(dāng)鐵心在正中間時(shí)，2個(gè)二級(jí)線圈內(nèi)的磁通相同，因此感應(yīng)電壓也相同，當(dāng)鐵心左右移動(dòng)時(shí)，2個(gè)二級(jí)線圈的磁通不再相同，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也有差別，二者之差即可體現(xiàn)鐵心的位移，即LVDT將鐵心的位移轉(zhuǎn)換成2個(gè)二級(jí)線圈的電壓差（與位移成比例）。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，2個(gè)二級(jí)線圈反向串聯(lián)連接，若鐵心在中央，二級(jí)線圈電壓相同，輸出電壓為0，若鐵心移動(dòng)，則輸出電壓的大小表示鐵心偏離中心點(diǎn)的距離，相位（phase）則表示偏離的方向。多數(shù)的LVDT，位移范圍在1英寸多數(shù)LVDT的輸入電壓小于交流10V，全額輸出電壓差不多大小（從交流0.5V到10V不等）。LVDT位移傳感器的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，壽命長(zhǎng)，線性度好，重復(fù)性好最高精度可達(dá)0.05％，絕對(duì)誤差1um重復(fù)性0.1um靈敏度高,每毫米位移量輸出信號(hào)電壓可高達(dá)幾百mV到幾伏分辨率高,一般為0.1um,最高可達(dá)0.0001um測(cè)量范圍廣+/-0.1mm到+/-500mm時(shí)間常數(shù)小,頻帶寬,可達(dá)200HZ(5ms)甚至更高圖2-4a）LVDT的結(jié)構(gòu)，b）LVDT示意圖，c）LVDT的鐵心在正中央，Vout為0，d）鐵心上移，Vout和Vin通相，e）鐵心下移，Vout和Vin反相。\o"評(píng)分0"LVDT位移傳感器在工業(yè)和科學(xué)中的應(yīng)用LVDT用于汽車(chē)懸掛系統(tǒng)用于注塑機(jī)控制位置用于伺服閥門(mén)數(shù)控機(jī)床控制典型的如：LVDT位移傳感器（1000TD2000TD3000TD4000TD5000TD6000TDLVDT）（線性差動(dòng)變壓器式位移傳感器）主要適用于：汽輪機(jī)主汽門(mén)油動(dòng)機(jī)行程閥門(mén)開(kāi)度，高壓缸、中壓缸、低壓缸油動(dòng)機(jī)行程的測(cè)量，用于測(cè)量如位移、距離、伸長(zhǎng)、移動(dòng)、厚度、膨脹、液位、應(yīng)變、壓縮、重量等各種物理量。廣泛應(yīng)用于航天、航空、電力、石油化工、機(jī)械、軍工、紡織、汽車(chē)、煤炭、地震監(jiān)測(cè)、高等院校及科研院所等領(lǐng)域，既可以與儀表使用，也可單獨(dú)使用。外殼為不銹鋼，靜態(tài)線性良好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、頻帶寬、靈敏度高、時(shí)間常數(shù)小。技術(shù)參數(shù)：1.線性量程：±10～±800mm內(nèi)任何規(guī)格2.精度：0.25%3.靈敏度：2.8～230mV/V/mm4.初級(jí)激勵(lì)電壓：1～20VAC5.激勵(lì)頻率：正弦波或方波400HZ～10KHZ6.環(huán)境溫度：-50℃～+280℃7.靈敏度漂移：0.025%/℃8.負(fù)載阻抗：2-3壓力傳感器（PressureTransducer）工業(yè)上測(cè)量壓力的方式很多，2種最普遍的壓力檢測(cè)裝置：波東管和波紋管，將測(cè)得的氣壓轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移，再經(jīng)電位計(jì)或LVDT轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)。2-3-1波東管（BourdonTube）具有橢圓截面的彎曲金屬管，一端封死，一端開(kāi)口，具有伸縮性，待測(cè)量的壓力流體經(jīng)開(kāi)口端充塞整個(gè)金屬管，開(kāi)口端用夾具固定，這樣管子依流體壓力伸縮，再被轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)。圖2-5波東管，a）C型波東管，最普遍，b）螺絲狀波東管，c）螺旋狀波東管，d）扭轉(zhuǎn)波東管，e）和電位計(jì)合并的C型波東管，f）和LVDT合并的C型波東管。2-3-2波紋管/壓力箱（Bellow）實(shí)際由多片金屬薄片接合而成，受到流體壓力時(shí)，金屬薄片由于彈性而變形（distort），數(shù)片金屬薄片串聯(lián)接在總變形相當(dāng)可觀。A圖壓力入口端固定，壓力上升時(shí)，波紋管向右膨脹，輸出端向右頂，反之，萎縮，輸出端向左收，收縮的力量可由金屬片本身的彈性提供，也可附加輔助彈簧助其收縮。B圖壓力引到箱子內(nèi)部，對(duì)抗彈簧拉力將箱子撐開(kāi)，箱子膨脹時(shí)，所附運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)電位計(jì)滑動(dòng)接頭而獲得電氣輸出信號(hào)。C圖壓力加到箱子外面，箱子受力收縮，壓擠彈簧，借運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)拉動(dòng)LVDT的鐵心，產(chǎn)生輸出電氣信號(hào)。一般可由調(diào)整回歸彈簧的張力或壓力歸零，（調(diào)整鈕）圖2-6a）壓力箱的基本構(gòu)造，b）輸入壓力送到箱子內(nèi)部的壓力箱應(yīng)用法，c）輸入壓力送到箱子外面的壓力箱應(yīng)用法2-4熱電偶（Thermocouple）熱電式檢測(cè)元件利用敏感元件將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量的變化，進(jìn)行溫度測(cè)量。將2種不同的導(dǎo)體連接成閉合回路，2個(gè)結(jié)點(diǎn)分別至于溫度不同的熱源中，則在該回路中會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，此現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)（又稱(chēng)塞貝克效應(yīng)，Seebeckeffect），2種材料的組合稱(chēng)為熱電偶。熱電偶回路中的電動(dòng)勢(shì)由2部分組成，一為兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)（帕爾貼電勢(shì)），一為單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）。接觸電勢(shì)：兩種導(dǎo)體接觸時(shí)，由于不同材料電子密度不同，在接觸面上會(huì)發(fā)生電子擴(kuò)散，速率與電子密度有關(guān)，（并與接觸區(qū)的溫度成正比）因此接觸面上形成一個(gè)靜電場(chǎng)，阻礙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，形成一個(gè)穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢(shì)。接觸電勢(shì)的大小取決于導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點(diǎn)的溫度。設(shè)導(dǎo)體A，B的電子密度為Na，Nb，且有Na>Nb，則在接觸面上由A擴(kuò)散到B的電子必然地比由B擴(kuò)散到A的電子多，因此在接觸面上失去電子的A側(cè)帶正電，獲得電子的B側(cè)帶負(fù)電，在A，B接觸面上形成一個(gè)從A到B的靜電場(chǎng)，阻礙電子的繼續(xù)擴(kuò)散，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，接觸面上形成一股穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢(shì)，可表示為：，其中，T：溫度，k：波耳茲曼常數(shù)，e：電子電荷量。推論：易見(jiàn)，，溫差電勢(shì)：?jiǎn)我粚?dǎo)體中，若兩端溫度不同，導(dǎo)體內(nèi)自由電子在高溫端具有較大的動(dòng)能，因此向低溫端擴(kuò)散，結(jié)果高溫端因失去電子帶正電，低溫端負(fù)電，形成一個(gè)靜電場(chǎng)，阻礙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，形成一個(gè)穩(wěn)定的電位差，即溫差電勢(shì)。不同的導(dǎo)體溫差電勢(shì)不同，可表示為：，其中，為湯姆遜（Thomson）系數(shù)。表示一導(dǎo)體兩端溫度為1oC時(shí)所產(chǎn)生的溫差電勢(shì)，其值與材料性質(zhì)及兩端溫度有關(guān)。綜合兩種電勢(shì)，閉合回路中產(chǎn)生的總熱電勢(shì)為：＝={可表示為：}SAB稱(chēng)為塞貝克系數(shù)，其值隨熱電極材料和接點(diǎn)溫度而定。由上式易知：（對(duì)于熱電偶回路電勢(shì)）1．若2個(gè)電極是同種導(dǎo)體，則為0；2．若2接點(diǎn)溫度相同，則為0；3．熱電勢(shì)大小只與電極材料及兩端溫度有關(guān)，與電極的幾何尺寸無(wú)關(guān)；4．電極材料確定后，熱電勢(shì)大小只與溫度有關(guān)，（若保持T0一定）回路總電勢(shì)可看成溫度T的單值函數(shù)?；径桑?．均質(zhì)導(dǎo)體定律一種導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積和長(zhǎng)度及各處溫度如何，電勢(shì)為02．中間導(dǎo)體定律在回路中接入第三種導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，那么中間導(dǎo)體對(duì)回路總電勢(shì)無(wú)影響，據(jù)此性質(zhì)可在回路中引入各種測(cè)量?jī)x表，連線等而不影響回路電勢(shì)的測(cè)量由，易知==3．中間溫度定律具有傳遞性，首尾標(biāo)號(hào)可以連起來(lái)，據(jù)此只要列出熱電勢(shì)在冷端溫度為0的分度表，即可得到其他溫度時(shí)的熱電勢(shì)實(shí)際應(yīng)用中，溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小很多，可忽略不計(jì)，則熱電偶的電勢(shì)可表示為：=圖2-7a）基本熱電偶，b）環(huán)路中插有電壓計(jì)的熱電偶，c）金屬AB并沒(méi)有直接接合的冷接合點(diǎn)，d）可補(bǔ)償冷接合點(diǎn)溫度變動(dòng)的熱電偶。參比端溫度的處理：一般不能保持在0℃1補(bǔ)償導(dǎo)線法一對(duì)與熱電偶配用的導(dǎo)線，在工作范圍內(nèi)與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕季哂邢嗤碾妱?shì)-溫度關(guān)系，與熱電偶相連，使參比端遠(yuǎn)離熱源，使之溫度穩(wěn)定，分為延長(zhǎng)型和補(bǔ)償型，延長(zhǎng)型化學(xué)成分與熱電偶相同，補(bǔ)償型不同。使用中注意型號(hào)、極性（不能接反），相連接點(diǎn)溫度要相同。2參比端溫度測(cè)量計(jì)算法E（T，0）＝E（T，T0）＋E（T0，0）3參比端恒溫法4補(bǔ)償電橋法利用不平衡電橋產(chǎn)生相應(yīng)的電勢(shì)，補(bǔ)償參比端溫度變化引起的熱電勢(shì)變化。圖2-8E、J、K和R型熱電偶的電壓與溫度關(guān)系圖2-5熱敏電阻和測(cè)溫電阻（ThermistorsandResistiveTemperatureDetector，RTD）物質(zhì)的電阻率隨溫度的變化而變化的特性稱(chēng)為熱電阻效應(yīng)，利用熱電阻效應(yīng)制成的檢測(cè)元件稱(chēng)為熱電阻。（電阻）溫度系數(shù)：簡(jiǎn)稱(chēng)溫度系數(shù)，是電阻變動(dòng)值對(duì)溫度變動(dòng)值的比例。溫度系數(shù)為正，表示溫度上升時(shí)，電阻變大，若相當(dāng)固定表示電阻差和溫度差之間的比例是一個(gè)常數(shù)，因此電阻和溫度的關(guān)系將是一條直線。電阻因數(shù)（resistancefactor）：實(shí)際電阻相對(duì)于0度時(shí)電阻的比值。測(cè)量溫度可以利用材料電阻隨溫度變化的特性，常用有純金屬和金屬氧化物及半導(dǎo)體。因此，熱電阻式檢測(cè)元件分為2大類(lèi)：金屬熱電阻和（半導(dǎo)體）熱敏電阻。純金屬大都具有相當(dāng)固定的正值電阻溫度系數(shù)。一般溫度每升高1oC，電阻約增加0.4%-0.6%。純金屬用以測(cè)量溫度時(shí)，即稱(chēng)測(cè)溫電阻（RTD）。金屬氧化物用以測(cè)量溫度，常做成小泡狀或小電容形狀，稱(chēng)熱敏電阻（Thermistors）。熱敏電阻溫度系數(shù)大都為負(fù)值（溫度上升，電阻下降），且很大（即單位溫度內(nèi)電阻的改變量比純金屬大），不固定（表示在不同溫度時(shí)，單位溫度變化引起的電阻變化不相等）。一般溫度每升高1oC，電阻約增加2%-6%。熱敏電阻的溫度特性曲線圖2-9a）純金屬RTD電阻對(duì)溫度關(guān)系圖，b）典型熱敏電阻的電阻對(duì)溫度關(guān)系曲線圖示，縱坐標(biāo)為對(duì)數(shù)值，因?yàn)闇囟茸兓秶?。雖然大多數(shù)金屬的電阻值與溫度有關(guān)，但作為溫度敏感元件的金屬材料應(yīng)滿足以下條件：電阻溫度系數(shù)大，溫度增加時(shí)，其電阻值明顯增大；工作范圍內(nèi)，物理和化學(xué)性能穩(wěn)定，不易被介質(zhì)腐蝕；有較高的電阻率，以便制成小尺寸元件，減小熱慣性；電阻隨溫度變化保持單值函數(shù)，最好是線性關(guān)系；易于得到高純物質(zhì)，復(fù)現(xiàn)性好，價(jià)格較便宜。目前使用的金屬熱電阻材料有鉑、銅、鎳、鐵等。應(yīng)用最廣泛的是鉑、銅材料。1．鉑電阻：物理化學(xué)性能非常穩(wěn)定，耐氧化率強(qiáng)，電阻率較高，復(fù)現(xiàn)性好，可用作基準(zhǔn)電阻和標(biāo)準(zhǔn)熱電阻。但溫度系數(shù)較小，在還原性介質(zhì)中工作易于氧化變脆，且是貴金屬，價(jià)格較高，測(cè)量范圍-200～850oC，高溫下，適合氧化氣氛。電阻值與溫度是一個(gè)典型的非線性函數(shù)，一般工業(yè)用以下式表示：（0～850oC）（-200～0oC）A=3.9083*/oC，B=-5.775*/，C=-4.183*/，R0為0度時(shí)電阻值。2．銅電阻：溫度系數(shù)大，易加工提純，線性較好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)溫度超過(guò)100oC時(shí)易被氧化，電阻率較小，體積較大，熱慣性較大，測(cè)量范圍一般為-50～150oC，電阻值表達(dá)式為：A=4.28899*/oC，B=-2.133*/，C=1.2333*/熱電阻的類(lèi)型

1）普通型熱電阻從熱電阻的測(cè)溫原理可知，被測(cè)溫度的變化是直接通過(guò)熱電阻阻值的變化來(lái)測(cè)量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來(lái)影響。2）鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為φ2--φ8mm，最小可達(dá)φmm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小，內(nèi)部無(wú)空氣隙，熱慣性上，測(cè)量滯后小；②機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；③能彎曲，便于安裝④使用壽命長(zhǎng)。3）端面熱電阻端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。4）隔爆型熱電阻隔爆型熱電阻通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla--B3c級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。熱敏電阻是由金屬氧化物或半導(dǎo)體材料制成的熱敏元件。一般測(cè)溫范圍為-100～300oC。主要有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻、正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻和臨界溫度（CTR）熱敏電阻3種。1．NTC熱敏電阻（主要由Mn、Cn、Ni、Fe等金屬氧化物燒結(jié)而成，通過(guò)不同的材質(zhì)組合，得到不同的溫度特性（負(fù)溫度系數(shù)），靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、熱惰性小、壽命長(zhǎng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。電阻值與溫度關(guān)系近似表示為：，，分別為溫度為T(mén)和T0時(shí)熱敏電阻的電阻值，B為熱敏電阻的材料常數(shù)（越大，靈敏度越高，一般為1500-6000K）。溫度系數(shù)是溫度T的非線性函數(shù)，低溫段比高溫段更靈敏。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是以氧化錳、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅和氧化鋁等金屬氧化物為主要原料，采用陶瓷工藝制造而成。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，完全類(lèi)似于鍺、硅晶體材料，體內(nèi)的載流子（電子和空穴）數(shù)目少，電阻較高；溫度升高，體內(nèi)載流子數(shù)目增加，自然電阻值降低。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻類(lèi)型很多，使用區(qū)分低溫（-60～300℃）、中溫（300～600℃）、高溫（>600℃熱敏電阻可根據(jù)需要制成不同的結(jié)構(gòu)形式，珠形、片形、桿形、薄膜形等，其直徑或厚度約1mm，長(zhǎng)度不到3mm，在-50～300oC范圍內(nèi)，珠狀和桿狀的金屬氧化物熱敏電阻的穩(wěn)定性較好，可作為溫度檢測(cè)和補(bǔ)償元件。2．PTC熱敏電阻（用BaTiO3摻入稀土元素使之半導(dǎo)體化而制成的，呈現(xiàn)正溫度系數(shù)特性。一旦超過(guò)一定的溫度(居里溫度)時(shí)，它的電阻值隨著溫度的升高幾乎是呈階躍式的增高。正溫度系數(shù)的熱敏電阻工作范圍較窄，在溫度較低時(shí)靈敏度低，溫度高時(shí)靈敏度迅速增加，在工作范圍內(nèi)，電阻與溫度的特性近似表示為：，其中Bp為熱敏電阻材料常數(shù)。該材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3為主要成分的燒結(jié)體，其中摻入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物進(jìn)行原子價(jià)控制而使之半導(dǎo)化，常將這種半導(dǎo)體化的BaTiO3等材料簡(jiǎn)稱(chēng)為半導(dǎo)（體）瓷；同時(shí)還添加增大其正電阻溫度系數(shù)的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采用一般陶瓷工藝成形、高溫?zé)Y(jié)而使鈦酸鉑等及其固溶體半導(dǎo)化，從而得到正特性的熱敏電阻材料．PTC熱敏電阻本體溫度的變化可以由流過(guò)PTC熱敏電阻的電流來(lái)獲得，也可以由外界輸入熱量或者這二者的疊加來(lái)獲得。電阻-溫度特性見(jiàn)下圖：

純鈦酸鋇是一種絕緣材料，但摻入適量的稀土元素如鑭（La）和鈮（Nb）等以后，變成了半導(dǎo)體材料，被稱(chēng)半導(dǎo)體化鈦酸鋇。它是一種多晶體材料，晶粒之間存在著晶粒界面，對(duì)于導(dǎo)電電子而言，晶粒間界面相當(dāng)于一個(gè)位壘。當(dāng)溫度低時(shí)，由于半導(dǎo)體化鈦酸鋇內(nèi)電場(chǎng)的作用，導(dǎo)電電子可以很容易越過(guò)位壘，所以電阻值較??；當(dāng)溫度升高到居里點(diǎn)溫度（即臨界溫度，此元件的‘溫度控制點(diǎn)’一般鈦酸鋇的居里點(diǎn)為120℃）時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)受到破壞，不能幫助導(dǎo)電電子越過(guò)位壘，所以表現(xiàn)為電阻值的急劇增加，產(chǎn)生PTC效應(yīng)。鈦酸鋇半導(dǎo)瓷的PTC效應(yīng)的物理模型有海望表面勢(shì)壘模型、丹尼爾斯等人的鋇缺位模型和疊加勢(shì)壘模型，它們分別從不同方面對(duì)PTC因?yàn)檫@種元件具有未達(dá)居里點(diǎn)前電阻隨溫度變化非常緩慢，具有恒溫、調(diào)溫和自動(dòng)控溫的功能，只發(fā)熱，不發(fā)紅，無(wú)明火，不易燃燒，電壓交、直流3～440V均可，使用壽命長(zhǎng)，非常適用于電動(dòng)機(jī)等電器裝置的過(guò)熱探測(cè)。

PTC熱敏電阻于1950年出現(xiàn)，隨后1954年出現(xiàn)了以鈦酸鋇為主要材料的PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻在工業(yè)上可用作溫度