《传感器与检测技术》第二章电阻式传感器报告.ppt

热敏电阻 利用半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的。 常用的半导体材料 铁、镍、锰、钴、钼、钛、镁、铜等的氧化物或其它化合物， 根据产品性能不同，进行不同的配比烧结而成 第四节 热敏电阻传感器 一、热敏电阻的主要特性 1．热敏电阻的温度特性 热敏电阻的温度特性是指半导体材料的电阻值与温度变化而变化的特性。 按温度特性分类：正温度系数（PTC）热敏电阻；负温度系数（NTC）热敏电阻；临界温度热敏电阻（CTR） 分析这三类热敏电阻的特性图可以得出下列结论： ①热敏电阻的温度系数值远大于金属热电阻，所以灵敏度很高。 ②热敏电阻Rt—t曲线非线性十分严重，所以其测量温度范围远小于金属热电阻 （2）热敏电阻的温度灵敏系数 热敏电阻的灵敏系数为： 结论： ①热敏电阻的温度系数为负值。 ②温度减小，电阻温度系数α增大。在低温时，负温度系数热敏电阻的温度系数比金属热电阻丝高得多，故热敏电阻常用于低温测量（-100～300℃）。 2．热敏电阻的伏安特性 定义：静态情况下热敏电阻上的端电压与通过热敏电阻的电流之间的关系称为伏安特性。 分析：热敏电阻只有在小电流范围内端电压和电流成正比，因为电压低时电流也小，温度没有显著升高，它的电流和电压关系符合欧姆定律，但当电流增加到一定数值时，元件由于温度升高而阻值下降，故电压反而下降，因此，要根据热敏电阻的允许功耗线来确定电流，在测温中电流不能选得太高。 3．热敏电阻的结构 热敏电阻的结构可以分为，柱状、片状、珠状、薄膜状等形式 4．热敏电阻的特点 ①灵敏度高，电阻温度系数大，约为金属热电阻的10倍。因此可大大降低对仪器、仪表的要求。 ②结构简单，可根据不同要求，制成各种形状。 ③电阻率高，同温度情况下，热敏电阻阻值远大于金属热电阻。所以连接导线电阻的影响极小，适用于远距离测量。 ④体积小、热惯性小，可测点温、适用于动态测量。 ⑤化学稳定性好，机械性能强，价格低廉，制造简单、易于维护、使用寿命长。 ⑥缺点是复现性和互换性差，非线性严重。测温范围较窄。 因此在使用时，必须进行非线性校正。 （1）热敏电阻的温度特性分析 负温度系数（NTC）热敏电阻是一种氧化物的复合烧结体，其电阻值随温度的增加而减小。 电阻—温度特性关系 RT、RO—温度为T、TO时的电阻值； T—热力学温度； B—热敏电阻材料常数， 一般取2000～6000K 二、热敏电阻的测量电路 （1）线性化网络修正 利用包含有热敏电阻的电阻网络， 来代替单个的热敏电阻，使网络 电阻RT与温度成单值线性关系。 （2）其它部件特性修正 温度-频率转换电路，适当地选取线路 中的电阻r和R，可以在一定的温度范围 内，得到近于线性的温度-频率转换特性。 （3）计算修正法 在微处理机（或微计算机）的测量系统中， 计算机将根据热敏电阻器的实际输出值进行 校正计算后，给出要求的输出值。 （4）温度测量线路图 测温范围为-50～300℃，误差小于±0.5℃ 三、热敏电阻的主要参数 （1）标称电阻值RH 厂家通常将零功率时、环境温度为25℃±0．2℃时测得的热敏电阻（称冷电阻）的电阻值作为RH，称为额定电阻值或标称阻值，记作R25， 85℃时的电阻值R85作为R85也由厂家给出。 （2）热敏电阻材料常数B值 （3）电阻温度系数α 热敏电阻在其自身温度变化1℃时，电阻值的相对变化量称为热敏电阻的电阻温度系数α。 B值越大，负温度系数热敏电阻的热灵敏度α越高。 （4）额定功率 额定功率是指负温度系数热敏电阻在环境温度为25℃，相对湿度为45～80%。大气压为0.87～1.07bar的条件下，长期连续负荷所允许的耗散功率。单位为W。 （5）耗散系数δ 耗散系数δ是指热敏电阻的温度变化与周围介质的温度相差1℃时，热敏电阻所耗散的功率，单位为w／℃。 （6）热时间常数τ 热敏电阻本身的温度在放入环境温度之前的初始值和达到与环境温度同温度的最终值之间改变63.2%所需的时间叫做热时间常数，用τ表示。 四、热敏电阻的应用 （1）温度补偿 将负温度系数的热敏电阻与锰铜丝 电阻并联后再与被补偿元件串联。 （2）温度控制 用继电器的绕阻代替不随温度变化的电阻。当温度升高到一定值时，继电器动作，继电器的动作反应温度的大小，所以热敏电阻可用作温度控制。 （3）过热保护 热敏电阻与被保护件紧密结合 充分热交换， 一旦过热，则起保护作用。 作业与思考题 1．试列举金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点。 2．绘图说明如何利用电阻应变片测量未知的力。 3．热电阻传感器有哪几种？各有何特点及用途？ 4．简要说明气敏、湿