溫敏電阻及其在傳感器中的應(yīng)用

1、溫敏電阻溫敏電阻 -原理部分原理部分學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的了解溫敏傳感器了解溫敏傳感器掌握掌握熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的結(jié)構(gòu)熱敏電阻的結(jié)構(gòu)熱敏電阻的主要參數(shù)熱敏電阻的主要參數(shù)熱敏電阻的線性化熱敏電阻的線性化溫敏傳感器溫敏傳感器溫敏傳感器基本概念溫度變化溫度變化熱電勢(shì)變化熱電勢(shì)變化 溫度變化溫度變化電阻變化電阻變化 熱敏電阻熱敏電阻什么是熱敏電阻熱敏電阻結(jié)構(gòu)熱敏電阻結(jié)構(gòu)正溫度負(fù)溫度熱敏電阻結(jié)構(gòu)形式1、熱敏電阻、熱敏電阻 2、玻璃殼、玻璃殼 3、引線、引線 熱敏電阻的分類(lèi)熱敏電阻的分類(lèi)熱敏電阻的成品外形溫度補(bǔ)償型熱敏電阻(NTC)功率型熱敏電阻(NTC)電子體溫計(jì)用熱敏電阻(NTC)

2、線性熱敏電阻(PTC)電機(jī)延時(shí)啟動(dòng)熱敏電阻(PTC)過(guò)熱保護(hù)型熱敏電阻(PTC)熱電偶和熱電阻的區(qū)別熱電偶和熱電阻的區(qū)別 原理與特點(diǎn)不同：熱電偶的測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)原理與特點(diǎn)不同：熱電偶的測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng); ;熱電阻的測(cè)溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著熱電阻的測(cè)溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。溫度的變化而變化的特性。 信號(hào)性質(zhì)不同：熱電阻產(chǎn)生的是阻值變化；熱電偶是信號(hào)性質(zhì)不同：熱電阻產(chǎn)生的是阻值變化；熱電偶是產(chǎn)生感應(yīng)電壓的變化。產(chǎn)生感應(yīng)電壓的變化。 材料不同：熱電阻是半導(dǎo)體材料材料不同：熱電阻是半導(dǎo)體材料 ；熱電偶是雙金屬；熱電偶是雙金屬材料材料 。工

3、作中的現(xiàn)場(chǎng)判斷不同：熱電阻用萬(wàn)用表判斷短路和工作中的現(xiàn)場(chǎng)判斷不同：熱電阻用萬(wàn)用表判斷短路和斷路即可；熱電偶有正負(fù)極、補(bǔ)償導(dǎo)線也有正負(fù)之分?jǐn)嗦芳纯?；熱電偶有正?fù)極、補(bǔ)償導(dǎo)線也有正負(fù)之分熱敏電阻的工作原理熱敏電阻的主要參數(shù)熱敏電阻的主要參數(shù) 標(biāo)稱(chēng)電阻值標(biāo)稱(chēng)電阻值RH RH 耗散系數(shù)耗散系數(shù)H H 熱容量熱容量C C 熱敏電阻的主要參數(shù)熱敏電阻的主要參數(shù) 能量靈敏度能量靈敏度G G （W W）使熱敏電阻的阻值變化使熱敏電阻的阻值變化1 1所需耗散的功率。所需耗散的功率。 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) 溫度為溫度為T(mén) T0 0的熱敏電阻突然置于溫度為的熱敏電阻突然置于溫度為T(mén) T 的介質(zhì)中，熱敏電阻的溫度增量的介

4、質(zhì)中，熱敏電阻的溫度增量T T= 0.63 (= 0.63 (T TT T0 0) ) 時(shí)所需的時(shí)間。時(shí)所需的時(shí)間。 額定功率額定功率P PE E 在標(biāo)準(zhǔn)壓力（在標(biāo)準(zhǔn)壓力（750mmHg750mmHg）和規(guī)定的最高）和規(guī)定的最高環(huán)境溫度下，熱敏電阻長(zhǎng)期連續(xù)使用所允許的耗散功環(huán)境溫度下，熱敏電阻長(zhǎng)期連續(xù)使用所允許的耗散功率，單位為率，單位為W W。在實(shí)際使用時(shí)，熱敏電阻所消耗的功。在實(shí)際使用時(shí)，熱敏電阻所消耗的功率不得超過(guò)額定功率率不得超過(guò)額定功率 熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的分類(lèi)負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻 NTC正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻 PTC臨界溫度系數(shù)熱敏電阻 CTR按半導(dǎo)體電

5、阻隨溫度變化的特性分為三類(lèi)分類(lèi)按其阻值隨溫度變化的大小可分為緩變型按其阻值隨溫度變化的大小可分為緩變型( (即即線性線性) )和突變型和突變型( (即非線性即非線性) )熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻特性曲線圖負(fù)的突變型負(fù)的突變型NTC（CTR）負(fù)指數(shù)型負(fù)指數(shù)型NTC正線性型正線性型PTC正突變型正突變型PTC熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性NTC測(cè)溫原理及特性熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性在穩(wěn)態(tài)情況下，通過(guò)熱敏電阻的電流I與其兩端的電壓U之間的關(guān)系， 伏安特性伏安特性熱敏電阻的溫

6、度特性熱敏電阻的溫度特性當(dāng)流過(guò)熱敏電阻的電流很小時(shí):不足以使之加熱。電阻值只決定于環(huán)境溫度，伏安特性是直線,遵循歐姆定律。主要用來(lái)測(cè)溫。當(dāng)電流增大到一定值時(shí)：流過(guò)熱敏電阻的電流使之加熱，本身溫度升高，出現(xiàn)負(fù)阻特性。因電阻減小，即使電流增大，端電壓反而下降。其所能升高的溫度與環(huán)境條件(周?chē)橘|(zhì)溫度及散熱條件)有關(guān)。當(dāng)電流和周?chē)橘|(zhì)溫度一定時(shí)，熱敏電阻的電阻值取決于介質(zhì)的流速、流量、密度等散熱條件?？捎盟鼇?lái)測(cè)量流體速度和介質(zhì)密度。熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性 PTC PTC熱敏電阻通常是在鈦酸鋇陶瓷中加入施主雜質(zhì)熱敏電阻通常是在鈦酸鋇陶瓷中加入施主雜質(zhì)以增大電阻溫度系數(shù)。它的溫度以增大電阻

7、溫度系數(shù)。它的溫度- -電阻特性曲線呈非電阻特性曲線呈非線性。線性。PTCPTC熱敏電阻是利用熱敏電阻是利用PTCPTC熱敏材料在居里點(diǎn)附熱敏材料在居里點(diǎn)附近結(jié)構(gòu)發(fā)生相變引起電導(dǎo)率突變獲得的。溫度低于近結(jié)構(gòu)發(fā)生相變引起電導(dǎo)率突變獲得的。溫度低于TcTc時(shí)，晶界處的負(fù)電荷被極化電荷部分抵消，使得時(shí)，晶界處的負(fù)電荷被極化電荷部分抵消，使得勢(shì)壘高度大幅降低，晶界呈低阻狀態(tài)；高于勢(shì)壘高度大幅降低，晶界呈低阻狀態(tài)；高于TcTc時(shí)，時(shí)，自發(fā)極化消失，晶界處的負(fù)電荷無(wú)法得到極化電荷自發(fā)極化消失，晶界處的負(fù)電荷無(wú)法得到極化電荷勢(shì)壘處于高位，晶界呈高阻狀態(tài)。材料整體電阻急勢(shì)壘處于高位，晶界呈高阻狀態(tài)。材料整體電

8、阻急劇升高。劇升高。 PTC測(cè)溫原理及特性熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性 它在電子線路中多起限流、保護(hù)作用。當(dāng)流過(guò)它在電子線路中多起限流、保護(hù)作用。當(dāng)流過(guò)PTC的電流超的電流超過(guò)一定限度或過(guò)一定限度或PTC感受到的溫度超過(guò)一定限度時(shí)，其電阻值感受到的溫度超過(guò)一定限度時(shí)，其電阻值突然增大。不同反應(yīng)的突然增大。不同反應(yīng)的PTC熱敏電阻還可以串聯(lián)在一起，實(shí)熱敏電阻還可以串聯(lián)在一起，實(shí)行不同點(diǎn)的溫度保護(hù)行不同點(diǎn)的溫度保護(hù) 熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性CTR測(cè)溫原理及特性測(cè)溫原理及特性CTR具有負(fù)電阻突變特性，在某一溫度下，電阻值具有負(fù)電阻突變特性，在某

9、一溫度下，電阻值隨溫度的增加激具減小，具有很大的負(fù)溫度系數(shù)。隨溫度的增加激具減小，具有很大的負(fù)溫度系數(shù)。構(gòu)成的材料是鋇、鋇、鍶、磷等幸元素氧化物的混構(gòu)成的材料是鋇、鋇、鍶、磷等幸元素氧化物的混合燒結(jié)體，是半玻璃狀的半導(dǎo)體。聚變溫度隨添加合燒結(jié)體，是半玻璃狀的半導(dǎo)體。聚變溫度隨添加鍺、鎢、鉬等氧化物而變。這是由于不同雜質(zhì)的摻鍺、鎢、鉬等氧化物而變。這是由于不同雜質(zhì)的摻入，使氧化釩的晶格間隔不同造成的。入，使氧化釩的晶格間隔不同造成的。CTRCTR的阻溫躍變?cè)跍囟忍綔y(cè)和控制、電路的過(guò)熱保的阻溫躍變?cè)跍囟忍綔y(cè)和控制、電路的過(guò)熱保護(hù)、建筑物的火災(zāi)報(bào)警、致冷設(shè)備、振蕩器、固態(tài)護(hù)、建筑物的火災(zāi)報(bào)警、致冷設(shè)

10、備、振蕩器、固態(tài)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。熱敏電阻的溫度特性熱敏電阻的溫度特性 熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)熱敏電阻輸出特性的線性化處理熱敏電阻輸出特性的線性化處理熱敏電阻值隨溫度變化呈指數(shù)規(guī)律，也就是說(shuō)，其非熱敏電阻值隨溫度變化呈指數(shù)規(guī)律，也就是說(shuō)，其非線性十分嚴(yán)重，在需要擴(kuò)大測(cè)溫范圍和提高測(cè)量精度線性十分嚴(yán)重，在需要擴(kuò)大測(cè)溫范圍和提高測(cè)量精度時(shí)，要線性變換時(shí)，就應(yīng)當(dāng)考慮其線性化處理。常用時(shí)，要線性變換時(shí)，就應(yīng)當(dāng)考慮其線性化處理。常用的方法有如下幾種：的方法有如下幾種：1、線性化網(wǎng)絡(luò)、線性化網(wǎng)絡(luò)2、計(jì)算修正法、計(jì)算修正法3、利用溫度、利用溫度-頻律轉(zhuǎn)換電

11、路改善非線性頻律轉(zhuǎn)換電路改善非線性熱敏電阻輸出特性的線性化處理熱敏電阻輸出特性的線性化處理用溫度系數(shù)很小的精密電阻與熱敏電阻串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成用溫度系數(shù)很小的精密電阻與熱敏電阻串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成電阻網(wǎng)絡(luò)代替單個(gè)熱敏電阻，其等效電阻與溫度呈一定電阻網(wǎng)絡(luò)代替單個(gè)熱敏電阻，其等效電阻與溫度呈一定的線性關(guān)系。的線性關(guān)系。線性化網(wǎng)絡(luò)熱敏電阻輸出特性的線性化處理熱敏電阻輸出特性的線性化處理熱敏電阻輸出特性的線性化處理熱敏電阻輸出特性的線性化處理線性化后的輸出曲線串聯(lián)電阻后的輸出并聯(lián)電阻后的輸出熱敏電阻輸出特性的線性化處理熱敏電阻輸出特性的線性化處理并聯(lián)補(bǔ)償?shù)木€性電路常用于電橋測(cè)溫電路，并聯(lián)補(bǔ)償?shù)木€性電路常用于電橋

12、測(cè)溫電路，如下圖：如下圖：熱敏電阻輸出特性的線性化處理熱敏電阻輸出特性的線性化處理計(jì)算修正法電子線路（硬件）法程序（軟件）法在帶有微處理機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)中，就可以在帶有微處理機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)中，就可以用軟件對(duì)傳感器進(jìn)行處理。當(dāng)已知熱敏用軟件對(duì)傳感器進(jìn)行處理。當(dāng)已知熱敏電阻的實(shí)際特性要求的理想特性時(shí)，可電阻的實(shí)際特性要求的理想特性時(shí)，可采用線性插值等方法將特性分段并把分采用線性插值等方法將特性分段并把分段點(diǎn)的值存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，計(jì)算段點(diǎn)的值存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，計(jì)算機(jī)將根據(jù)熱敏電阻的實(shí)際輸出值進(jìn)行校機(jī)將根據(jù)熱敏電阻的實(shí)際輸出值進(jìn)行校正計(jì)算，給出要求的輸出值正計(jì)算，給出要求的輸出值熱敏電阻輸出特性的線性化處理熱敏電阻輸出特性的線性化處理利用利用RCRC電路充放電過(guò)程的指數(shù)函數(shù)和熱敏電阻的指數(shù)函電路充放電過(guò)程的指數(shù)函數(shù)和熱敏電阻的指數(shù)函數(shù)相比較的方法來(lái)改善熱敏電阻的非線性數(shù)相比較的方法來(lái)改善熱