溫敏電阻zonghe

1、12345 我們常見的熱敏電阻式傳感器，主要構(gòu)成部件是我們常見的熱敏電阻式傳感器，主要構(gòu)成部件是熱敏電阻，其是利用某種半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度熱敏電阻，其是利用某種半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。變化而變化的性質(zhì)制成的。 在溫度傳感器中應(yīng)用最多的有在溫度傳感器中應(yīng)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(jì)等）和（如鉑、銅電阻溫度計(jì)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(jìn)，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場(chǎng)合下（改進(jìn)，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場(chǎng)合下（- -40350）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳）熱敏電阻

2、已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。感器。 熱敏電阻式溫度傳感器熱敏電阻式溫度傳感器6 早在1837年人們就發(fā)現(xiàn)Ag2S的電導(dǎo)率隨溫度的改變而變化這一現(xiàn)象。最早用來(lái)制造熱敏電阻的是VO2，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)單、性能良好的熱敏電阻器。78v熱敏電阻的特點(diǎn)與分類熱敏電阻的特點(diǎn)與分類v熱敏電阻的基本參數(shù)熱敏電阻的基本參數(shù)9（一）熱敏電阻的特點(diǎn)（一）熱敏電阻的特點(diǎn)1 1電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬電阻溫度系數(shù)的范圍甚寬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111010M M之間可供自由選擇之間可供自由選擇4 4穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好

3、5 5原料資源豐富，價(jià)格低廉原料資源豐富，價(jià)格低廉 一、熱敏電阻的特點(diǎn)與分類一、熱敏電阻的特點(diǎn)與分類10在工作范圍內(nèi)，按陶瓷半導(dǎo)體的電阻與溫度在工作范圍內(nèi)，按陶瓷半導(dǎo)體的電阻與溫度 的特性關(guān)系，熱敏電阻可以分成三的特性關(guān)系，熱敏電阻可以分成三 種類型種類型 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） Positive Temperature Coefficient Positive Temperature Coefficient 2 2負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTCNTC） Negative Temperature Coefficient Negati

4、ve Temperature Coefficient 3 3突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（CTRCTR） Chop Temperature ResistorChop Temperature Resistor （二）熱敏電阻的分類（二）熱敏電阻的分類 11 二二 熱敏電阻的基本參數(shù)熱敏電阻的基本參數(shù)1.1. 標(biāo)稱電阻標(biāo)稱電阻R R2525（冷阻）（冷阻） 標(biāo)稱電阻是熱敏電阻在標(biāo)稱電阻是熱敏電阻在2525時(shí)的阻值。標(biāo)稱電阻時(shí)的阻值。標(biāo)稱電阻大小由熱敏電阻材料和幾何尺寸決定。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(fù)溫度系數(shù)表征負(fù)溫度系

5、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(shí)其阻值變化率與其值時(shí)其阻值變化率與其值之比。之比。124.耗散系數(shù)熱敏電阻器溫度變化1所耗散的功率。其大小與熱敏電阻的結(jié)構(gòu)、形狀以及所處介質(zhì)的種類、狀態(tài)等有關(guān)。5. 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)在零功率測(cè)量狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度突變時(shí)電阻器的溫度變化量從開始到最終變量的63.2所需的時(shí)間。時(shí)間常數(shù)表征熱敏電阻加熱或冷卻的速度。1

6、36. 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(zhǎng)期連續(xù)工作所允熱敏電阻在規(guī)定的技術(shù)條件下長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許的最高溫度許的最高溫度7. 7. 最低工作溫度最低工作溫度T Tminmin 熱敏電阻在規(guī)定的技術(shù)條件下能長(zhǎng)期連續(xù)工作的熱敏電阻在規(guī)定的技術(shù)條件下能長(zhǎng)期連續(xù)工作的最低溫度。最低溫度。8. 8. 轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度T Tc c 熱敏電阻器的電阻一溫度特性曲線上的拐點(diǎn)溫度熱敏電阻器的電阻一溫度特性曲線上的拐點(diǎn)溫度，主要指正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度熱敏電，主要指正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度熱敏電阻。阻。149. 9. 額定功率額定功率PEPE 熱

7、敏電阻器在規(guī)定的條件下，長(zhǎng)期連續(xù)熱敏電阻器在規(guī)定的條件下，長(zhǎng)期連續(xù)負(fù)荷工作所允許的消耗功率。在此功率負(fù)荷工作所允許的消耗功率。在此功率下下, ,它自身溫度不應(yīng)超過(guò)它自身溫度不應(yīng)超過(guò)TmaxTmax10. 10. 測(cè)量功率測(cè)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(cè)量電流加熱而引起的電阻值變化不超測(cè)量電流加熱而引起的電阻值變化不超過(guò)過(guò)0.10.1時(shí)所消耗的功率。時(shí)所消耗的功率。1511.11.工作點(diǎn)電阻工作點(diǎn)電阻R RG G在規(guī)定的溫度和正常氣候條件下，施加一定的功率后在規(guī)定的溫度和正常氣候條件下，施加一定的功率后使電阻器自熱而達(dá)到某一給定的電阻值。

8、使電阻器自熱而達(dá)到某一給定的電阻值。 12.12.工作點(diǎn)耗散功率工作點(diǎn)耗散功率P PG G電阻值達(dá)到電阻值達(dá)到R RG G時(shí)所消耗的功率。時(shí)所消耗的功率。13.13.功率靈敏度功率靈敏度K KG G熱敏電阻器在工作點(diǎn)附近消耗功率熱敏電阻器在工作點(diǎn)附近消耗功率lmWlmW時(shí)所引起電阻的時(shí)所引起電阻的變化，在工作范圍內(nèi)，變化，在工作范圍內(nèi)，K KG G隨環(huán)境溫度的變化略有改變。隨環(huán)境溫度的變化略有改變。14.14.穩(wěn)定性穩(wěn)定性熱敏電阻在各種氣候、機(jī)械、電氣等使用環(huán)境中，保持熱敏電阻在各種氣候、機(jī)械、電氣等使用環(huán)境中，保持原有特性的能力。原有特性的能力。15.15.熱電阻值熱電阻值R RH H指旁熱

9、式熱敏電阻器在加熱器上通過(guò)給定的工作電流時(shí)指旁熱式熱敏電阻器在加熱器上通過(guò)給定的工作電流時(shí), ,電阻器達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)的電阻值。電阻器達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)的電阻值。1616.16.加熱器電阻值加熱器電阻值RrRr指旁熱式熱敏電阻器的加熱器，在規(guī)定環(huán)境溫度條件指旁熱式熱敏電阻器的加熱器，在規(guī)定環(huán)境溫度條件下的電阻值。下的電阻值。18.18.標(biāo)稱工作電流標(biāo)稱工作電流 I I指在環(huán)境溫度指在環(huán)境溫度2525時(shí)，旁熱式熱敏電阻器的電阻值被時(shí)，旁熱式熱敏電阻器的電阻值被穩(wěn)定在某一規(guī)定值時(shí)加熱器內(nèi)的電流。穩(wěn)定在某一規(guī)定值時(shí)加熱器內(nèi)的電流。19.19.標(biāo)稱電壓標(biāo)稱電壓在規(guī)定溫度下標(biāo)稱工作電流所對(duì)應(yīng)的電壓值。在規(guī)

10、定溫度下標(biāo)稱工作電流所對(duì)應(yīng)的電壓值。20.20.元件尺寸元件尺寸指熱敏電阻器的截面積指熱敏電阻器的截面積A A、電極間距離、電極間距離L L和直徑和直徑d d。 17.17.最大加熱電流最大加熱電流I Imaxmax指旁熱式熱敏電阻器上允許通過(guò)的最大電流。指旁熱式熱敏電阻器上允許通過(guò)的最大電流。1718v熱敏電阻器的電阻熱敏電阻器的電阻溫度特性（溫度特性（R RT TT T） v熱敏電阻器的伏安特性（熱敏電阻器的伏安特性（U UI I）19v v溫度特性溫度特性v伏安特性伏安特性v功率功率- -溫度特性溫度特性v動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性v注意注意: :由于由于突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器突變型負(fù)溫度系數(shù)

11、熱敏電阻器本身突變的特性，我們不研究它的溫度特本身突變的特性，我們不研究它的溫度特性和伏安特性。性和伏安特性。20 一、熱敏電阻器的電阻一、熱敏電阻器的電阻溫度特性（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 PTC 熱敏電阻器主要特性熱敏電阻器主要特性TT與與RTT特特性曲線一致。性曲線一致。T/21R RT T、R RT0T0溫度為溫度為T T、T T0 0時(shí)熱敏電阻器的電阻值；時(shí)熱敏電阻器的電阻值； B BN N NTC

12、NTC熱敏電阻的材料常數(shù)。熱敏電阻的材料常數(shù)。由測(cè)試結(jié)果表明，不管是由氧化物材料，還是由單晶體由測(cè)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(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。），都能利用該式，它僅是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。 1 1 負(fù)電阻溫度系數(shù)負(fù)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(xué)表達(dá)式為：溫度關(guān)系的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：0ln11ln0TNTRTTBR22為了使用方便，常取環(huán)境溫度為

13、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：29811exp25TBRRNT02550751001250.511.522.533.5(25C,1)RT / RT0-T特性曲線RT/R25T/232. 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(diǎn)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(diǎn)附近結(jié)構(gòu)發(fā)生相變引起導(dǎo)電率突變來(lái)取得的，典型特性曲線如圖生相變引起導(dǎo)電率突變來(lái)取得的，典型特性曲線如圖1041031021

14、00100200PTC熱敏電阻器的電阻溫度曲線T/C電阻/Tp1Tp224 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(gè)拐點(diǎn)，其橫坐標(biāo)即溫度分別為TP1和TP2.當(dāng)溫度低于TP1時(shí)，溫度靈敏度低；當(dāng)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(duì)應(yīng)有較大的系數(shù)T。25 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)：在工作溫度范圍內(nèi)，正溫度系數(shù)熱敏電經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)：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(shí)驗(yàn)公式表示：溫度特性可近似用下面的實(shí)驗(yàn)公式表示：式中式中 RT、RT0溫度分別為溫度分別為T

15、、T0時(shí)的電阻值；時(shí)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(duì)上式取對(duì)數(shù)，則得：若對(duì)上式取對(duì)數(shù)，則得：0exp0TTBRRPTT0lnln0TPTRTTBR以以lnRT、T分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，得到下圖。分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，得到下圖。26 ）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lnRrTPPT

16、PTPTTtpBTTBRTTBRBdTdRR00expexp100若對(duì)上式微分，可得若對(duì)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)tp27 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(guò)的電流，在熱敏電阻器表示加在其兩端的電壓和通過(guò)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(shí)的互相關(guān)系。率相等）時(shí)的互相關(guān)系。1.1.負(fù)溫度系數(shù)（負(fù)溫度系數(shù)（NTCNTC）熱敏電阻

17、器的伏安特性）熱敏電阻器的伏安特性該曲線是在環(huán)境溫度為該曲線是在環(huán)境溫度為T0時(shí)的靜時(shí)的靜態(tài)介質(zhì)中測(cè)出的靜態(tài)態(tài)介質(zhì)中測(cè)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(guò)它和通過(guò)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。28 上圖表明：當(dāng)電流很小時(shí)，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(dāng)于一個(gè)固定電阻，電壓與電阻之間的關(guān)系符合歐姆定律，所以O(shè)a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

18、作電流引起熱敏電阻的自然溫升超過(guò)介質(zhì)溫度，則熱敏電阻的阻值下降。當(dāng)電流繼續(xù)增加時(shí)，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(dāng)電流為Im時(shí)，其電壓達(dá)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(guò)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(fù)阻區(qū)。當(dāng)電流超過(guò)某一允許值時(shí)，熱敏電阻將被燒壞。29 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30 如圖所示，它與負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻一樣，曲

19、線的起始端為直線，其斜率與熱敏電阻在環(huán)境溫度下的電阻值相等。這是因?yàn)榱鬟^(guò)的電流很小時(shí)，耗散功率引起的溫升可以忽略不計(jì)的緣故。當(dāng)熱敏電阻的溫度超過(guò)環(huán)境溫度時(shí)，引起阻值增大，曲線開始彎曲，當(dāng)電壓增值Um時(shí)，存在一個(gè)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(guò)電壓增加的速度，電流反而減小，曲線斜率由正變負(fù)。31 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(dòng)態(tài)特性四、熱敏

20、電阻器的動(dòng)態(tài)特性熱敏電阻器的電阻值的變化完全是由熱現(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(shí)間上的滯后現(xiàn)象。這種電阻因此，它的變化必然有時(shí)間上的滯后現(xiàn)象。這種電阻值隨時(shí)間變化的特性，叫做熱敏電阻器的動(dòng)態(tài)特性。值隨時(shí)間變化的特性，叫做熱敏電阻器的動(dòng)態(tài)特性。動(dòng)態(tài)特性種類：動(dòng)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。323334伏安特性伏安特性的位置的位置在儀器儀表中的應(yīng)用在儀器儀表中的應(yīng)用 U

21、m 的左邊的左邊溫度計(jì)、溫度差計(jì)、溫度補(bǔ)償、微小溫度檢測(cè)、溫度報(bào)警、溫度計(jì)、溫度差計(jì)、溫度補(bǔ)償、微小溫度檢測(cè)、溫度報(bào)警、溫度繼電器、濕度計(jì)、分子量測(cè)定、水分計(jì)、熱計(jì)、紅外溫度繼電器、濕度計(jì)、分子量測(cè)定、水分計(jì)、熱計(jì)、紅外探測(cè)器、熱傳導(dǎo)測(cè)定、比熱測(cè)定探測(cè)器、熱傳導(dǎo)測(cè)定、比熱測(cè)定U m的附近的附近液位測(cè)定、液位檢測(cè)液位測(cè)定、液位檢測(cè)U m的右邊的右邊流速計(jì)、流量計(jì)、氣體分析儀、真空計(jì)、熱導(dǎo)分析流速計(jì)、流量計(jì)、氣體分析儀、真空計(jì)、熱導(dǎo)分析旁熱型旁熱型熱敏電阻器熱敏電阻器風(fēng)速計(jì)、液面計(jì)、真空風(fēng)速計(jì)、液面計(jì)、真空計(jì)計(jì)（一）檢測(cè)和電路用的熱敏電阻器（一）檢測(cè)和電路用的熱敏電阻器 （U m峰值電壓）峰值電壓） 檢測(cè)用檢測(cè)用的熱敏電阻在儀表中的應(yīng)用的熱敏電阻在儀表中的應(yīng)用 四、熱敏電阻器的應(yīng)用四、熱敏電阻器的應(yīng)用35電路元件電路元件熱敏電阻器在儀表中應(yīng)用分類熱敏電阻器在儀表中應(yīng)用分類 在儀器儀表中的應(yīng)用在儀器儀表中的應(yīng)用U m 的左邊的左邊偏置線圖的溫度補(bǔ)償、儀表溫度補(bǔ)償、熱電偶偏置線圖的溫度補(bǔ)償、儀表溫度補(bǔ)償、熱電偶溫度補(bǔ)償、晶體管溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償、晶體管溫度補(bǔ)償U(kuò) m的附近的附近恒壓電路、延遲電路、保護(hù)電路恒壓電路、延遲電路、保護(hù)電路U m的右邊的右邊自動(dòng)增益控制電路、自動(dòng)增益控制電路、R