第三章温度传感器

1、了解温度传感器的作用、地位和分类了解温度传感器的作用、地位和分类理解热电效应定义，掌握热电偶三定律及相关计算，理解热电效应定义，掌握热电偶三定律及相关计算， 热电偶冷端补偿原因及补偿方法热电偶冷端补偿原因及补偿方法掌握热敏电阻不同类型的特点、特性曲线及应用场合掌握热敏电阻不同类型的特点、特性曲线及应用场合了解其他温度传感器工作原理了解其他温度传感器工作原理学习要点学习要点第一节 概 论 在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用最广最广泛泛、发展、发展最快最快的传感器之一。的传感器之一。l温度是与人类生活息息相关的物理量。温度是与人类生活息息相关的物理量。l温

2、度检测始于温度检测始于2000多年前。多年前。l工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系。都与温度有着密切的关系。l工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的一半左右。一半左右。温度是反映物体冷热状态的物理参数。温度是反映物体冷热状态的物理参数。 一、温度的基本概念一、温度的基本概念温度：衡量物体冷热程度的物理量。温度的高温度：衡量物体冷热程度的物理量。温度的高低反映了物体内部分子运动平均动能的大小。低反映了物体内部分子运动平均动能的大小。温标：表示温度大小的尺度是温度的

3、标尺。温标：表示温度大小的尺度是温度的标尺。u热力学温标热力学温标u国际实用温标国际实用温标u摄氏温标摄氏温标u华氏温标华氏温标热通量：单位时间内流过单位面积的热量。热通量：单位时间内流过单位面积的热量。 类似于电流。类似于电流。 热传导率：材料直接传导热量的能力称为热传导热传导率：材料直接传导热量的能力称为热传导率，或称热导率（率，或称热导率（Thermal Conductivity）。热导率定义为单位）。热导率定义为单位截面、长度的材料在单位温差下和截面、长度的材料在单位温差下和单位时间内直接传导的热量。热导单位时间内直接传导的热量。热导率的单位为瓦每米每开尔文率的单位为瓦每米每开尔文（(

4、W/m.K)）。）。 二、温度传感器的特点与分类二、温度传感器的特点与分类1 1 温度传感器的物理原理温度传感器的物理原理物物理理现现象象体积热膨胀体积热膨胀电阻变化电阻变化温差电现象温差电现象导磁率变化导磁率变化电容变化电容变化压电效应压电效应超声波传播速度变化超声波传播速度变化物质物质 颜色颜色PNPN结电动势结电动势晶体管特性变化晶体管特性变化可控硅动作特性变化可控硅动作特性变化热、光辐射热、光辐射种种类类铂测温电阻、热敏电阻铂测温电阻、热敏电阻热电偶热电偶BaSrTiOBaSrTiO3 3陶瓷陶瓷石英晶体振动器石英晶体振动器超声波温度计超声波温度计示温涂料示温涂料 液晶液晶半导体二极管

5、半导体二极管晶体管半导体集成电路温度传感器晶体管半导体集成电路温度传感器可控硅可控硅辐射温度传感器辐射温度传感器 光学高温光学高温计计1.1.气体温度计气体温度计 2. 2. 玻璃制水银温度计玻璃制水银温度计3.3.玻璃制有机液体温度计玻璃制有机液体温度计 4.4.双金属温度双金属温度计计 5.5.液体压力温度计液体压力温度计1 1 热铁氧体热铁氧体 2 2 Fe-Ni-CuFe-Ni-Cu合金合金特性与温度之间的关系要适中，并容易检测和处理，特性与温度之间的关系要适中，并容易检测和处理，且随温度呈线性变化且随温度呈线性变化除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低除温度以外，特性对其它物理量的

6、灵敏度要低特性随时间变化要小特性随时间变化要小重复性好，没有滞后和老化重复性好，没有滞后和老化灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的影响灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的影响小小机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好能大批量生产，价格便宜能大批量生产，价格便宜2.2.温度传感器温度传感器应满足的条件应满足的条件3. 3. 温度传感器的种类及特点温度传感器的种类及特点l 接触式温度传感器l 非接触式温度传感器 接触式温度传感器是将测温敏感元件直接与被测介质接触，接触式温度传感器是将测温敏感元件直接与被测介质接触，使被测介质与测温敏感元件进行充分热交换，当两者

7、具有相同温使被测介质与测温敏感元件进行充分热交换，当两者具有相同温度时，达到测量的目的。这种传感器的测量精度较高，但由于被度时，达到测量的目的。这种传感器的测量精度较高，但由于被测介质的热量传递给传感器，从而降低了被测介质的温度，特别测介质的热量传递给传感器，从而降低了被测介质的温度，特别是被测介质热容量较小时，会给测量带来误差。是被测介质热容量较小时，会给测量带来误差。 非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红外非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度却较

8、低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。普遍的传感元件之一。特点：特点：结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号输出信号为电信号便于远传或信号转换，还能用来测便于远传或信号转换，还能用来测量量流体的温度流体的温度、测量、测量固体以及固体壁面的温度固体以及固体壁面的温度。微

9、型。微型热电偶还可用于热电偶还可用于快速及动态温度快速及动态温度的测量。的测量。第二节第二节 热电偶温度传感器热电偶温度传感器热电偶的工作原理热电偶的工作原理热电偶回路的性质热电偶回路的性质热电偶的常用材料与结构热电偶的常用材料与结构冷端处理及补偿冷端处理及补偿两种不同的导体或半导体两种不同的导体或半导体A A和和B B组合成闭合回路，若导组合成闭合回路，若导体体A A和和B B的连接处温度不同（设的连接处温度不同（设T TT T0 0），则在此闭合回），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应这种现象叫做热电

10、效应。这种现象早在。这种现象早在18231823年首先由年首先由塞贝克（塞贝克（SeeSeebackback）发现）发现, ,所以又称所以又称塞贝克塞贝克效应。效应。热电偶原理图热电偶原理图TT0AB 一、工作原理一、工作原理回路中所产生的电动势回路中所产生的电动势， 叫 热 电 势 。 热 电 势， 叫 热 电 势 。 热 电 势t h e r m o - e l e c t r i c t h e r m o - e l e c t r i c forceforce由两部分组成，即由两部分组成，即温差电势和接触电势。温差电势和接触电势。热端热端冷端冷端1. 1. 接触电势接触电势+ABTe

11、AB(T)-BAABNNekTTeln)(eAB(T)导体导体A、B结点在温度结点在温度T 时形成的接触电动势；时形成的接触电动势；e 单位电荷，单位电荷， e =1.610-19C； k波尔兹曼常数，波尔兹曼常数， k =1.3810-23 J/K ；NA、NB 导体导体A、B在温度为在温度为T 时的电子密度。时的电子密度。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。接触电势接触电势原理图原理图AeA(T,To)ToTeA(T，T0)导体导体A两端温度为两端温度为T、T0时形成的温差电动势；时形成的温差电动势；T，T0高低端的绝对温度；高低

12、端的绝对温度； A汤姆逊系数，表示导体汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为两端的温度差为1时所产生的时所产生的温差电动势，例如在温差电动势，例如在0时，铜的时，铜的 =2V/。2. . 温差电势温差电势汤姆逊效应汤姆逊效应dTTTeTTAA0),(0温差电势原理图温差电势原理图由导体材料由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果如果TT0，则必存在着两个接触电势和两个温差电，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：势，回路总电势：BTATNNekTln00ln0BTATNNekTdTTTBA0)(T0TeAB(T)eAB(T0)eA

13、(T,T0)eB(T,T0)AB3. 回路总电势回路总电势),(),()()(),(0000TTeTTeTeTeTTEBAABABABNAT、NAT0导体导体A在结点温度为在结点温度为T和和T0时的电子密度；时的电子密度； NBT、NBT0导体导体B在结点温度为在结点温度为T和和T0时的电子密度；时的电子密度；A 、 B导体导体A和和B的汤姆逊系数。的汤姆逊系数。导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使度有关。如果使E EABAB( (T T0 0)=)=常数，则回路热电势常数，则回路热电势E EABAB( (T T，T T0

14、0) )就只与温度就只与温度T T有关，而且是有关，而且是T T的单值函数，这就是利的单值函数，这就是利用用热电偶测温的原理热电偶测温的原理。只有当热电偶两端温度不同，热电偶的两导体材料不只有当热电偶两端温度不同，热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。同时才能有热电势产生。热电偶回路热电势的大小只与组成热电偶的材料及两端热电偶回路热电势的大小只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与温度有关；与热电偶的长度、粗细无关热电偶的长度、粗细无关。在实际测量中只需用仪表测出回路中总电势即可。由于在实际测量中只需用仪表测出回路中总电势即可。由于温差电势与接触电势相比较，其值很小，因此，在工程温差电势与接

15、触电势相比较，其值很小，因此，在工程技术中认为热电势近似等于接触电势。技术中认为热电势近似等于接触电势。在工程应用中，测出回路总电势后，用查热电偶分度表在工程应用中，测出回路总电势后，用查热电偶分度表的方法确定被测温度。的方法确定被测温度。由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体是否存在温度梯度，回路中没有电流在温度梯度，回路中没有电流(即不产生电动势即不产生电动势)；反之，；反之，如果有电流流动，此材料则一定是非均质的，即热电如果有电流流动，此材料则一定是非均质的，即热电偶必须采用两种不同材料作为电极。偶必须采用两种不同材料作为电极。 二、热电偶

16、回路的性质二、热电偶回路的性质1. 1. 均质导体定律均质导体定律 E总总=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）= 0三种不同导体组成的热电偶回路三种不同导体组成的热电偶回路TABCTT2. 2. 中间导体定律中间导体定律一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数和为零。各接点产生的热电势的代数和为零。如图，由如图，由A、B、C三种材料组成的闭合回路，则三种材料组成的闭合回路，则两点结论：两点结论： l）将第三种材料）将第三种材料C接入由接入由A、B

17、组成的热电偶回路，如组成的热电偶回路，如图，则图图，则图a中的中的A、C接点接点2与与C、A的接点的接点3，均处于相，均处于相同温度同温度T0之中，此回路的总电势不变，即之中，此回路的总电势不变，即同理，图同理，图b中中C、A接点接点2与与C、B的接点的接点3，同处于温度，同处于温度T0之中，此回路的电势也为：之中，此回路的电势也为：T2T1AaBC23EABAT023ABEABT1T2 CT0EAB（T1, T2）=EAB（T1）- -EAB（T2）(a)(b)T0T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)- -EAB（T2）第三种材料第三种材料接入热电偶接入热电偶回路图回路图ET0T1T1T

18、电位计接入热电偶回路根据上述原理，在热电偶回路中接入电位计根据上述原理，在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，不会影响回路中原来的热电势，接入的方等，不会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示。式见下图所示。 T0T0BTAC（a）（b）( )( )( )0=+0CA0BC0ABTeTeTe0AB0CA0BCTeTeTe 0TTETeTeTTEAB0ABAB0ABC， EAB（T, T0）= EAC（T, T0）+ ECB（T, T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)

19、CB2）如果任意两种导体材料的热电势是已知的，）如果任意两种导体材料的热电势是已知的，它们的冷端和热端的温度又分别相等，如图所它们的冷端和热端的温度又分别相等，如图所示，它们相互间热电势的关系为：示，它们相互间热电势的关系为：3. 3. 中间温度定律中间温度定律 如果不同的两种导体材料组成热电偶回路如果不同的两种导体材料组成热电偶回路,其接点温度其接点温度分别为分别为T1、T2(如图所示如图所示)时时,则其热电势为则其热电势为EAB(T1, T2)；当接点温度为当接点温度为T2、T3时，其热电势为时，其热电势为EAB(T2, T3)；当接；当接点温度为点温度为T1、T3时，其热电势为时，其热电

20、势为EAB(T1, T3)，则，则BBA T2 T1 T3 AAB EAB（T1, T3）=EAB（T1, T2）+EAB（T2, T3）EAB（T1,T3）=EAB（T1, 0）+EA B（0, T3） =EAB（T1, 0）-EAB（T3, 0）=EAB（T1）-EAB（T3） ABT1T2T2ABT0T0热电偶补偿热电偶补偿导线接线图导线接线图E对于冷端温度不是零度时，热电偶如何用分度表的问题对于冷端温度不是零度时，热电偶如何用分度表的问题提供了依据。如当提供了依据。如当T2=0时，则：时，则：只要只要T1、T0不变，接入不变，接入AB后不管接点温度后不管接点温度T2如何变化，如何变化，

21、都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。EAB=EAB(T1)EAB(T0)说明：当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料说明：当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料A、B同样热电特性的材料同样热电特性的材料A、B(如图如图)即引入所谓补偿导即引入所谓补偿导线时，当线时，当EAA(T2)=EBB(T2)时，则回路总电动势为时，则回路总电动势为热电偶材料应满足：热电偶材料应满足：l 物理性能稳定，热电特性不随时间改变；物理性能稳定，热电特性不随时间改变；l 化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀；蚀；l

22、 热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；l 便于制造；便于制造；l 复现性好，便于成批生产。复现性好，便于成批生产。三、热电偶的常用材料与结构三、热电偶的常用材料与结构 1 1铂铂铂铑热电偶铂铑热电偶(S (S型型) ) 分度号分度号LB3LB3测量温度：长期：测量温度：长期：1300、短期：、短期：1600。（一）热电偶常用材料（一）热电偶常用材料2 2镍铬镍铬镍硅镍硅( (镍铝镍铝) )热电偶热电偶(K(K型型) ) 分度号分度号EU2EU2测量温度：长期测量温度：长期1000，短期，短期1300。3 3镍铬镍铬考铜热电偶考铜热电偶(E(E型型) )

23、分度号分度号EA2EA2测量温度：长期测量温度：长期600，短期，短期800。4 4铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6热电偶热电偶(B(B型型) ) 分度号分度号LL2LL2测量温度：长期可到测量温度：长期可到1600，短期可达，短期可达1800。 （二）常用热电偶的结构类型（二）常用热电偶的结构类型1 1普通热电偶普通热电偶2 2铠装式热电偶（又称套管式热电偶）铠装式热电偶（又称套管式热电偶）3 3快速反应薄膜热电偶快速反应薄膜热电偶4 4快速消耗微型热电偶快速消耗微型热电偶 普通热电偶普通热电偶方法方法u 冰点槽法冰点槽法u 计算修正法计算修正法u 补正系数法补正系数法u 零点迁移法零点迁移法

24、u 冷端补偿器法冷端补偿器法u 软件处理法软件处理法四、冷端处理及补偿四、冷端处理及补偿原因原因l热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；使冷端温度保持恒定；l热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度00为为依据，否则会产生误差。依据，否则会产生误差。1. 1. 冰点槽法冰点槽法把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T T0 0=0=0。这种办法仅限于科学实验中使用。为了

25、避免冰水导电引这种办法仅限于科学实验中使用。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点起两个连接点短路，必须把连接点分分别置于两个玻璃别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。mVABABTCC仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液四、冷端处理及补偿四、冷端处理及补偿T02. 2. 计算修正法计算修正法用普通室温计算出参比端实际温度用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算，利用公式计算例例 用铜用铜-康铜热电偶测某一温度康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境，参比端在室温环境TH中，测得热电动势中，测得热电动势EAB(T，TH)=

26、1.979mV，又用室温，又用室温计测出计测出TH=21,查此种热电偶的分度表可知，查此种热电偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.84mV，故得，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0) =1.979+0.84 =2.819(mV)再次查分度表，与再次查分度表，与2.819mV对应的热端温度对应的热端温度T=69。注意注意: :既不能只按既不能只按1.979mV1.979mV查表，认为查表，认为T T=49=49，也，也不能把不能把4949加上加上2121，认为，认为T T=70=70。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)3. 3. 补正系数法

27、补正系数法把参比端实际温度把参比端实际温度TH乘上系数乘上系数k，加到由，加到由EAB(T，TH)查查分度表所得的温度上，成为被测温度分度表所得的温度上，成为被测温度T。用公式表达即。用公式表达即 式中：式中：T为未知的被测温度；为未知的被测温度； T为参比端在室温下热为参比端在室温下热电偶电势与分度表上对应的某个温度；电偶电势与分度表上对应的某个温度； TH室温；室温； k为补正系数。为补正系数。例例 用铂铑用铂铑1010铂热电偶测温，已知冷端温度铂热电偶测温，已知冷端温度T TH H=35=35，这时热电动势为，这时热电动势为11.348mV11.348mV查查S S型热电偶的分度表，型热

28、电偶的分度表，得出与此相应的温度得出与此相应的温度T T=1150=1150。再从下表中查出，。再从下表中查出，对应于对应于11501150的补正系数的补正系数k k=0.53=0.53。于是，被测温度。于是，被测温度 T T=1150+0.53=1150+0.5335=1168.335=1168.3（）用这种办法稍稍简单一些，比计算修正法误差可能大用这种办法稍稍简单一些，比计算修正法误差可能大一点，但误差不大于一点，但误差不大于0.14。 T T k T H5. 5. 电桥补偿法电桥补偿法利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化而引起热

29、电势的变化值。不平衡电桥由而引起热电势的变化值。不平衡电桥由R1、R2、R3(锰铜锰铜丝绕制丝绕制)、RCu(铜丝绕制铜丝绕制)四个桥臂和桥路电源组成。四个桥臂和桥路电源组成。设计时，在设计时，在0下使电桥平衡下使电桥平衡(R1=R2=R3=RCu),此时此时Uab=0 ,电桥对仪表读数无影响。电桥对仪表读数无影响。 电桥补偿的作用注意：桥臂注意：桥臂RCu必须和热电偶的冷必须和热电偶的冷端靠近，使处于同一温度之下。端靠近，使处于同一温度之下。mVEAB(T,T0)T0T0TBA-+-abUUabRCuR1R2R3RT0RCuUa Uab EAB(T,T0)供电供电4V直流，在直流，在040或

30、或- -2020的范围起补偿作用。的范围起补偿作用。+实际电势为实际电势为12)1 (20BtAtRRt)100(1 320ttCBtAtRRt)(1 00ttaRRt三线接法因为电压表因为电压表M M的内阻很大，故流过的内阻很大，故流过r3r3的电流的电流很小很小r3r3上的压降可不计，因此电压表上的压降可不计，因此电压表M M的读的读数可认为等于电桥的不平衡输出。数可认为等于电桥的不平衡输出。 热敏电阻温特性热敏电阻温特性 三、热敏电阻的基本参数三、热敏电阻的基本参数1. 1. 标称电阻标称电阻(Nominal Resistance)R(Nominal Resistance)R2525（冷

31、阻）（冷阻）2. 2. 材料常数材料常数(Material Constant)B(Material Constant)BNN3 . 3 . 电 阻 温 度 系 数电 阻 温 度 系 数 ( T h e r m a l C o e f f i c i e n t o f ( T h e r m a l C o e f f i c i e n t o f Resistance)(%/)Resistance)(%/)热敏电阻的温度变化热敏电阻的温度变化1 时电阻值的变化率。时电阻值的变化率。4. 4. 耗散系数耗散系数(Dissipation Constant)(Dissipation Consta

32、nt)H H热敏电阻器温度变化热敏电阻器温度变化1所耗散的功率变化量。所耗散的功率变化量。5. 5. 时间常数时间常数(Timr Constant)(Timr Constant)在零功率测量状态下，当环境温度突变时电阻器的温度在零功率测量状态下，当环境温度突变时电阻器的温度变化量从开始到最终变量的变化量从开始到最终变量的63.2所需的时间。所需的时间。6. 6. 最高工作温度最高工作温度T Tmaxmax在规定的技术条件下长期连续工作所允许的最高温度在规定的技术条件下长期连续工作所允许的最高温度7. 7. 最低工作温度最低工作温度T Tminmin在规定的技术条件下能长期连续工作的最低温度。在

33、规定的技术条件下能长期连续工作的最低温度。8. 8. 转变点温度转变点温度T Tc c热敏电阻器的电阻一温度特性曲线上的拐点温度，主热敏电阻器的电阻一温度特性曲线上的拐点温度，主要指正电阻温度系数热敏电阻和临界温度热敏电阻。要指正电阻温度系数热敏电阻和临界温度热敏电阻。9. 9. 额定功率额定功率(Rated Power)P(Rated Power)PE E热敏电阻器在规定的条件下，长期连续负荷工作所允热敏电阻器在规定的条件下，长期连续负荷工作所允许的消耗功率。在此功率下许的消耗功率。在此功率下,它自身温度不应超过它自身温度不应超过Tmax热敏电阻结构形式1-玻璃壳 2-热敏电阻 3-引线NT

34、C二极管封装二极管封装环氧封装、小型化高精度环氧封装、小型化高精度 ； 响应时响应时间快间快 ； 稳定性好稳定性好 根据不同用途有多种封根据不同用途有多种封装结构装结构 ；使用温区宽；使用温区宽 高稳定性、高可靠性高稳定性、高可靠性根据不同用途有多根据不同用途有多种封装结构种封装结构 ；使用；使用温区宽温区宽 ；高稳定性、；高稳定性、高可靠性高可靠性 ；为客户；为客户提供多种便捷服务提供多种便捷服务 家用冰箱、空调器家用冰箱、空调器 ；电热水器、整体浴室电热水器、整体浴室 ；冰柜、豆浆机冰柜、豆浆机 （一）热敏电阻器的电阻（一）热敏电阻器的电阻温度特性（温度特性（R RT TT T） 1234

35、060120 1600100101102103104105106RT/温度T/C热敏电阻的电阻热敏电阻的电阻-温度特性曲线温度特性曲线1- -NTC；2- -CTR； 3 PTC二、热敏电阻器主要特性二、热敏电阻器主要特性Resistance-temperature characteristic of thermistorT/RT、RT0温度为温度为T、T0时热敏电阻器的电阻值；时热敏电阻器的电阻值； BN NTC热敏电阻的热敏电阻的材材料常数。料常数。由测试结果表明，不管是由氧化物材料，还是由单晶体由测试结果表明，不管是由氧化物材料，还是由单晶体材料制成的材料制成的NTC热敏电阻器，在不太宽

36、的温度范围（热敏电阻器，在不太宽的温度范围（小于小于450），都能利用该式，它仅是一个经验公式。），都能利用该式，它仅是一个经验公式。 1 1 负电阻温度系数负电阻温度系数(NTC)(NTC)热敏电阻器的温度特性热敏电阻器的温度特性011exp0TTBRRNTTNTC的电阻的电阻温度关系的一般数学表达式为：温度关系的一般数学表达式为：0ln11ln0TNTRTTBR为了使用方便，常取环境温度为为了使用方便，常取环境温度为25作为参考温度（即作为参考温度（即T0=25），则），则NTC热敏电阻器的电阻热敏电阻器的电阻温度关系式：温度关系式：29811exp25TBRRNT025507510012

37、50.511.522.533.5(25C,1)RT / RT0-T特性曲线RT/R25T/2. 2.正温度系数（正温度系数（PTCPTC）热敏电阻器的电阻）热敏电阻器的电阻温度特性温度特性其特性是利用正温度热敏材料，在居里点附近结构发其特性是利用正温度热敏材料，在居里点附近结构发生相变引起导电率突变来取得的，典型特性曲线如图生相变引起导电率突变来取得的，典型特性曲线如图104103102100100200PTC热敏电阻器的电阻温度曲线T/C电阻/Tp1Tp2 经实验证实：在工作温度范围内，正温度系数热敏电经实验证实：在工作温度范围内，正温度系数热敏电阻器的电阻阻器的电阻温度特性可近似用下面的实

38、验公式表示：温度特性可近似用下面的实验公式表示：式中式中 RT、RT0温度分别为温度分别为T、T0时的电阻值；时的电阻值； BP正温度系数热敏电阻器的材料常数。正温度系数热敏电阻器的材料常数。若对上式取对数，则得：若对上式取对数，则得：0exp0TTBRRPTT0lnln0TPTRTTBR以以lnRT、T分别作为纵坐标和横坐标，得到下图。分别作为纵坐标和横坐标，得到下图。）可见：可见： 正温度系数热敏电阻器的电阻温度系数正温度系数热敏电阻器的电阻温度系数tp ，正好等于它的材料常数正好等于它的材料常数BP的值。的值。 lnRr1lnRr2BPmRBP=tg=mR/mrT1T2lnRr0mrln

39、RTT 表示的表示的PTC热敏电阻器电阻热敏电阻器电阻温度曲线温度曲线lnRrTPTTtpBdTdRR1若对上式微分，可得若对上式微分，可得PTC热敏电阻的电阻温度系数热敏电阻的电阻温度系数tp abcdUmU0I0ImU/VI/mANTC热敏电阻的静态伏安特性热敏电阻的静态伏安特性（二）热敏电阻器的伏安特性（二）热敏电阻器的伏安特性（U UI I）表示加在其两端的电压和通过的电流，在热敏电阻器表示加在其两端的电压和通过的电流，在热敏电阻器和周围介质热平衡（即加在元件上的电功率和耗散功和周围介质热平衡（即加在元件上的电功率和耗散功率相等）时的互相关系。率相等）时的互相关系。1. 1.负温度系数

40、（负温度系数（NTCNTC）热敏电阻器的伏安特性）热敏电阻器的伏安特性该曲线是在环境温度为该曲线是在环境温度为T0时的静时的静态介质中测出的静态态介质中测出的静态UI曲线曲线.热敏电阻的端电压热敏电阻的端电压UT和通过它和通过它的电流的电流I有如下关系：有如下关系：0000exp11expTTTBIRTTBIRIRUNNTTT0环境温度；环境温度；T热敏电阻的温升。热敏电阻的温升。104103102101105Um10110210310010-1ImPTC热敏电阻器的静态伏安特性2 2正温度系数（正温度系数（PTCPTC）热敏电阻器的伏安特性）热敏电阻器的伏安特性测量电路测量电路1. 1. 三

41、线制三线制图中图中G G为指示电表，为指示电表，R R1 1、R R2 2、R R3 3为固定电阻，为固定电阻，R Ra a为零位调为零位调节电阻。铂电阻通过电阻分别为节电阻。铂电阻通过电阻分别为r2 、 r3 、 Rg的三根导线的三根导线和电桥连接，和电桥连接， r2和和r3分别接在相邻的两臂，当温度变化分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的长度和电阻温度系数相同，它们的电阻时，只要它们的长度和电阻温度系数相同，它们的电阻变化就不会影响电桥的状态，即不产生温度误差。而变化就不会影响电桥的状态，即不产生温度误差。而Rg分别接在指示电表和电源回路，其阻值变化也不会影响分别接在指示电表和电源

42、回路，其阻值变化也不会影响电桥的平衡状态。电桥的平衡状态。R2RaR1R3ERtr3Rgr2G2. 2. 四线制四线制注意：无论三线制或四线制，都必须从铂注意：无论三线制或四线制，都必须从铂电阻感温体电阻感温体的根部引出，不能从铂电阻的接线端子上分出的根部引出，不能从铂电阻的接线端子上分出。因为。因为从感温体到接线端子之间的导线处于温度变化剧烈的从感温体到接线端子之间的导线处于温度变化剧烈的地段地段(距被测温度太近距被测温度太近)，虽然在保护套管里的这一段，虽然在保护套管里的这一段导线不长，但其电阻的影响不容忽视。导线不长，但其电阻的影响不容忽视。 利用利用PN结的结的结电压随温度成近似线性变

43、化结电压随温度成近似线性变化这一特这一特性实现对温度的检测、控制和补偿等功能。性实现对温度的检测、控制和补偿等功能。 可直接用半导体二极管或将半导体三极管接成二极可直接用半导体二极管或将半导体三极管接成二极管做成管做成PN结温度传感器。结温度传感器。 这种传感器的测温范围为这种传感器的测温范围为-50至至150，与其他的，与其他的温度传感器相比有较好的线性度，且尺寸小、响应快、温度传感器相比有较好的线性度，且尺寸小、响应快、灵敏度高、热时间常数小，因此用途较广。灵敏度高、热时间常数小，因此用途较广。理想二极管的伏安特性可近似表示为：理想二极管的伏安特性可近似表示为：1- expkTqUIIFS

44、F只要满足正向电压只要满足正向电压UF大于几个大于几个kT/q，其正向电流，其正向电流IF与与UF及温度及温度T之间的关系可表示为：之间的关系可表示为： kTqUexpIIFSF上式表明：在一定电流下，二极管正向电压随上式表明：在一定电流下，二极管正向电压随温度的升高而降低，呈温度的升高而降低，呈负温度系数负温度系数。）（即即：FgoFITBqkTUU ln 利用三极管发射结正向电压利用三极管发射结正向电压Ube随温度上升而下降随温度上升而下降的原理。晶体管的的原理。晶体管的IcUbe关系比二极管的关系比二极管的IFUF关系更符合理想情况，所以表现出更好的电压关系更符合理想情况，所以表现出更好

45、的电压 温度线性关系。温度线性关系。NPNNPN晶体管的基极晶体管的基极发射极电压与温度发射极电压与温度T T和和I Ic c的的函数关系为：函数关系为： ln）（CgobeITBqkTUU 若若I Ic c恒定恒定，则，则U Ubebe仅随温度仅随温度T T 成单调单值函数变成单调单值函数变化。化。温敏晶体管作为负反馈元件跨接在运算放大器的温敏晶体管作为负反馈元件跨接在运算放大器的反相输入端和输出端，基极接地。如此连接的目反相输入端和输出端，基极接地。如此连接的目的是使发射结为正偏。而集电结几乎为零偏。的是使发射结为正偏。而集电结几乎为零偏。 产生原因：产生原因： 1 1）晶体管的）晶体管的U Ubebe在在