温敏电阻及其在传感器中的应用

1、温敏电阻温敏电阻 -原理部分原理部分学习目的学习目的 了解温敏传感器了解温敏传感器 掌握热敏电阻的温度特性掌握热敏电阻的温度特性 热敏电阻的结构热敏电阻的结构 热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数 热敏电阻的线性化热敏电阻的线性化温敏传感器温敏传感器温敏传感器基本概念温度变化温度变化热电势变化热电势变化 温度变化温度变化电阻变化电阻变化 热敏电阻热敏电阻什么是热敏电阻热敏电阻结构热敏电阻结构正温度负温度热敏电阻结构形式1、热敏电阻、热敏电阻 2、玻璃壳、玻璃壳 3、引线、引线 热敏电阻的分类热敏电阻的分类热敏电阻的成品外形温度补偿型热敏电阻(NTC)功率型热敏电阻(NTC)电子体温计用热敏电阻

2、(NTC)线性热敏电阻(PTC)电机延时启动热敏电阻(PTC)过热保护型热敏电阻(PTC)热电偶和热电阻的区别热电偶和热电阻的区别 原理与特点不同：热电偶的测温原理是基于热电效应原理与特点不同：热电偶的测温原理是基于热电效应; ;热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。温度的变化而变化的特性。 信号性质不同：热电阻产生的是阻值变化；热电偶是信号性质不同：热电阻产生的是阻值变化；热电偶是产生感应电压的变化。产生感应电压的变化。 材料不同：热电阻是半导体材料材料不同：热电阻是半导体材料 ；热电偶是双金属；热电偶是双金属材料

3、材料 。工作中的现场判断不同：热电阻用万用表判断短路和工作中的现场判断不同：热电阻用万用表判断短路和断路即可；热电偶有正负极、补偿导线也有正负之分断路即可；热电偶有正负极、补偿导线也有正负之分热敏电阻的工作原理热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数 标称电阻值标称电阻值RH RH 耗散系数耗散系数H H 热容量热容量C C 热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数 能量灵敏度能量灵敏度G G （W W）使热敏电阻的阻值变化使热敏电阻的阻值变化1 1所需耗散的功率。所需耗散的功率。 时间常数时间常数 温度为温度为T T0 0的热敏电阻突然置于温度为的热敏电阻突然置于温度为T T 的介质中，热敏电阻的温

4、度增量的介质中，热敏电阻的温度增量T T= 0.63 (= 0.63 (T TT T0 0) ) 时所需的时间。时所需的时间。 额定功率额定功率P PE E 在标准压力（在标准压力（750mmHg750mmHg）和规定的最高）和规定的最高环境温度下，热敏电阻长期连续使用所允许的耗散功环境温度下，热敏电阻长期连续使用所允许的耗散功率，单位为率，单位为W W。在实际使用时，热敏电阻所消耗的功。在实际使用时，热敏电阻所消耗的功率不得超过额定功率率不得超过额定功率 热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性热敏电阻的分类负电阻温度系数热敏电阻 NTC正电阻温度系数热敏电阻 PTC临界温度系数热敏电阻 CTR

5、按半导体电阻随温度变化的特性分为三类分类按其阻值随温度变化的大小可分为缓变型按其阻值随温度变化的大小可分为缓变型( (即即线性线性) )和突变型和突变型( (即非线性即非线性) )热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性热敏电阻特性曲线图负的突变型负的突变型NTC（CTR）负指数型负指数型NTC正线性型正线性型PTC正突变型正突变型PTC热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性NTC测温原理及特性热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I与其两端的电压U之间的关系， 伏安特性伏安特性热

6、敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性当流过热敏电阻的电流很小时:不足以使之加热。电阻值只决定于环境温度，伏安特性是直线,遵循欧姆定律。主要用来测温。当电流增大到一定值时：流过热敏电阻的电流使之加热，本身温度升高，出现负阻特性。因电阻减小，即使电流增大，端电压反而下降。其所能升高的温度与环境条件(周围介质温度及散热条件)有关。当电流和周围介质温度一定时，热敏电阻的电阻值取决于介质的流速、流量、密度等散热条件。可用它来测量流体速度和介质密度。热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性 PTCPTC热敏电阻通常是在钛酸钡陶瓷中加入施主杂质热敏电阻通常是在钛酸钡陶瓷中加入施主杂质以增大电阻温度系数。它的温度以

7、增大电阻温度系数。它的温度- -电阻特性曲线呈非电阻特性曲线呈非线性。线性。PTCPTC热敏电阻是利用热敏电阻是利用PTCPTC热敏材料在居里点附热敏材料在居里点附近结构发生相变引起电导率突变获得的。温度低于近结构发生相变引起电导率突变获得的。温度低于TcTc时，晶界处的负电荷被极化电荷部分抵消，使得时，晶界处的负电荷被极化电荷部分抵消，使得势垒高度大幅降低，晶界呈低阻状态；高于势垒高度大幅降低，晶界呈低阻状态；高于TcTc时，时，自发极化消失，晶界处的负电荷无法得到极化电荷自发极化消失，晶界处的负电荷无法得到极化电荷势垒处于高位，晶界呈高阻状态。材料整体电阻急势垒处于高位，晶界呈高阻状态。材

8、料整体电阻急剧升高。剧升高。 PTC测温原理及特性热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性 它在电子线路中多起限流、保护作用。当流过它在电子线路中多起限流、保护作用。当流过PTC的电流超的电流超过一定限度或过一定限度或PTC感受到的温度超过一定限度时，其电阻值感受到的温度超过一定限度时，其电阻值突然增大。不同反应的突然增大。不同反应的PTC热敏电阻还可以串联在一起，实热敏电阻还可以串联在一起，实行不同点的温度保护行不同点的温度保护 热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性CTR测温原理及特性测温原理及特性CTR具有负电阻突变特性，在某一温度下，电阻值具有负电阻突变特

9、性，在某一温度下，电阻值随温度的增加激具减小，具有很大的负温度系数。随温度的增加激具减小，具有很大的负温度系数。构成的材料是钡、钡、锶、磷等幸元素氧化物的混构成的材料是钡、钡、锶、磷等幸元素氧化物的混合烧结体，是半玻璃状的半导体。聚变温度随添加合烧结体，是半玻璃状的半导体。聚变温度随添加锗、钨、钼等氧化物而变。这是由于不同杂质的掺锗、钨、钼等氧化物而变。这是由于不同杂质的掺入，使氧化钒的晶格间隔不同造成的。入，使氧化钒的晶格间隔不同造成的。CTRCTR的阻温跃变在温度探测和控制、电路的过热保的阻温跃变在温度探测和控制、电路的过热保护、建筑物的火灾报警、致冷设备、振荡器、固态护、建筑物的火灾报警

10、、致冷设备、振荡器、固态无触点开关等方面都得到了广泛的应用。无触点开关等方面都得到了广泛的应用。热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性 热敏电阻的优点和缺点热敏电阻输出特性的线性化处理热敏电阻输出特性的线性化处理热敏电阻值随温度变化呈指数规律，也就是说，其非热敏电阻值随温度变化呈指数规律，也就是说，其非线性十分严重，在需要扩大测温范围和提高测量精度线性十分严重，在需要扩大测温范围和提高测量精度时，要线性变换时，就应当考虑其线性化处理。常用时，要线性变换时，就应当考虑其线性化处理。常用的方法有如下几种：的方法有如下几种：1、线性化网络、线性化网络2、计算修正法、计算修正法3、利用温度、利用温度-频

11、律转换电路改善非线性频律转换电路改善非线性热敏电阻输出特性的线性化处理热敏电阻输出特性的线性化处理用温度系数很小的精密电阻与热敏电阻串联或并联构成用温度系数很小的精密电阻与热敏电阻串联或并联构成电阻网络代替单个热敏电阻，其等效电阻与温度呈一定电阻网络代替单个热敏电阻，其等效电阻与温度呈一定的线性关系。的线性关系。线性化网络热敏电阻输出特性的线性化处理热敏电阻输出特性的线性化处理热敏电阻输出特性的线性化处理热敏电阻输出特性的线性化处理线性化后的输出曲线串联电阻后的输出并联电阻后的输出热敏电阻输出特性的线性化处理热敏电阻输出特性的线性化处理并联补偿的线性电路常用于电桥测温电路，并联补偿的线性电路常

12、用于电桥测温电路，如下图：如下图：热敏电阻输出特性的线性化处理热敏电阻输出特性的线性化处理计算修正法电子线路（硬件）法程序（软件）法在带有微处理机的测量系统中，就可以在带有微处理机的测量系统中，就可以用软件对传感器进行处理。当已知热敏用软件对传感器进行处理。当已知热敏电阻的实际特性要求的理想特性时，可电阻的实际特性要求的理想特性时，可采用线性插值等方法将特性分段并把分采用线性插值等方法将特性分段并把分段点的值存放在计算机的内存中，计算段点的值存放在计算机的内存中，计算机将根据热敏电阻的实际输出值进行校机将根据热敏电阻的实际输出值进行校正计算，给出要求的输出值正计算，给出要求的输出值热敏电阻输出特性的线性化处理热敏电阻输出特性的线性化处理利用利用RCRC电路充放电过程的指数函数和热敏电阻的指数函电路充放电过程的指数函数和热敏电阻的指数函数相比较的方法来改善热敏电阻的非线性数相比较的方法来改善热