第五热电式传感器课件.ppt

1、第五热电式传感器第五热电式传感器优选第五热电式传感器1常用热电阻 范围：-260850；精度：0.001。改进后可连续工作2000h，失效率小于1，使用期为10年。2管缆热电阻 测温范围为-20500，最高上限为1000，精度为0.5级。（）接触式温度传感器（）接触式温度传感器3陶瓷热电阻 测量范围为200+500，精度为0.3、0.15级。4超低温热电阻 两种碳电阻，可分别测量268.8253，-272.9272.99的温度。5热敏电阻器 适于在高灵敏度的微小温度测量场合使用。经济性好、价格便宜。l l辐射高温计辐射高温计 用来测量 1000以上高温。分四种：光学高温计、比色高温计、辐射高温

2、计和光电高温计。2 2光谱高温计光谱高温计 前苏联研制的YCII型自动测温通用光谱高温计,其测量范围为4006000,它是采用电子化自动跟踪系统,保证有足够准确的精度进行自动测量。（二）非接触式温度传感器（二）非接触式温度传感器3 3超声波温度传感器超声波温度传感器 特点是响应快(约为10ms左右)，方向性强。目前国外有可测到5000 的产品。4 4激光温度传感器激光温度传感器 适用于远程和特殊环境下的温度测量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射计可测很高的温度，精度为1。美国麻省理工学院正在研制一种激光温度计，最高温度可达8000，专门用于核聚变研究。瑞士Browa Borer研究中心用

3、激光温度传感器可测几千开(K)的高温。第一节第一节 热电偶传感器热电偶传感器 一、热电效应一、热电效应 二、热电偶基本定律二、热电偶基本定律三、热电偶的常用材料与结三、热电偶的常用材料与结构构四、常用测量电四、常用测量电路路五、热电偶冷端补偿方五、热电偶冷端补偿方式式六、热电偶的选择、安装使用和校验定义：两种不同的导体或半导体A和B组合成闭合回路，连接点处于不同的温度场中（设TT0），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，这种现象叫做热电热电效应效应。这种现象早在1821年首先由西拜克（Seeback）发现,所以又称西拜克效应。热电偶原理图TT0AB 一、热电效应一、热电效

4、应回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即接触电势接触电势和温差电势温差电势。热端冷端1、接触电势接触电势eAB(T)TABBAABNNekTTeln)(eAB(T)导体A、B结点在温度T 时形成的接触电动势；e 单位电荷，e=1.610-19C；k 波尔兹曼常数，k=1.3810-23 J/K；NA、NB 导体A、B在温度为T 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。A AeA(T,To)ToTeA(T，T0)导体A两端温度为T、T0时形成的温差电动势；T，T0高低端的绝对温度；A汤姆逊系数，表示导体A两端的

5、温度差为1时所产生的温差电动势，例如在0时，铜的=2V/。2、温差电势温差电势dtTTeTTAA0),(0温差电势的大小与材料性质及两端温度有关。温差电势的大小与材料性质及两端温度有关。它与热容量C和耗散系数H之间的关系工业热电偶的允许偏差，见下表。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。以lnRT、T分别作为纵坐标和横坐标，便得到下图。（Ba、Sr、Pb）TiO3烧结体1工业用热电偶结构与热电偶的长度、粗细无关。2负温度系数热敏电阻器（NTC）电阻值随温度升高而下降的热敏电阻器简称NTC热敏电阻器。它由热电偶丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒

6、等部分组成。（一）热敏电阻器的电阻温度特性（RTT）若对上式微分，可得PTC热敏电阻的电阻温度系数tp热敏电阻材料的分类（1）T=1150+0.热敏电阻的温度变化1 时电阻值的变化率。再从下表中查出，对应于1150的补正系数k=0.BN NTC热敏电阻的材料常数。再从下表中查出，对应于1150的补正系数k=0.指在环境温度25时，旁热式热敏电阻器的电阻值被稳定在某一规定值时加热器内的电流。由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果TT0、NA NB，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3、回路

7、总电势回路总电势BTATNNekTln00ln0BTATNNekTdtTTBA0)(),(),()()(),(0000TTeTTeTeTeTTEBAABABABNAT、NAT0导体A在结点温度为T和T0时的电子密度；NBT、NBT0导体B在结点温度为T和T0时的电子密度；A、B导体A和B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 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，

8、这就是利的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。用热电偶测温的原理。只有当热电偶两端温度不同只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材料不同热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。时才能有热电势产生。热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势，因为当A、B两种导体是同一种材料时，ln(NA/NB)=0，也即EAB(T，T0)=0。4、有关热电偶的几点结论：、有关热电偶的几点结论：二、热电偶基本定律二、热电偶基本定律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

9、(即不产生电动势)；反之，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。1.均质导体定律2.中间导体定律ABCT0T0T将第三种材料将第三种材料C接入由接入由A、B组成的热电偶回路，组成的热电偶回路，A、C接点与接点与C、B的接点均处于相同温度的接点均处于相同温度T0之中，此回路的总电势不变之中，此回路的总电势不变.BTATNNekTln00ln0CTBTNNekT00ln0ATCTNNekT),(),()()()(),(00000TTeTTeTeTeTeTTEBACABCABABCdtTTBA0)(dtNNekTNNekTTTBAATBTBTAT000)(ln

10、ln0 dtTETETTABBAAB0)(00,TTEABET0T0TET0T1T1T根据上述原理，可以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等，就不会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示。3.参考电极定律 T0 BBCCAA T T0 T T0 T)()(),(00TeTeTTEACACAC)()()()(),(),(0000TeTeTeTeTTETTEABABACACABAC两式相减得两式相减得根据定律根据定律2 2，当，当T=TT=T0 0时时0)()()(),(0TeTeTeTTECABCABABC)()(),(00TeTeTTEABABAB)()

11、()(TeTeTeBCABAC),()()(),(),(0000TTETeTeTTETTEBCBCBCABAC即：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶即：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电势已知，则此两种导体组成的热电偶所产生的热电势已知，则此两种导体组成的热电偶的热电势已知。的热电势已知。由此可知，当任意电极由此可知，当任意电极B B、C C、D D与与A A组成的热电偶组成的热电偶产生热电势为已知时，就可以求出这些热电极彼此产生热电势为已知时，就可以求出这些热电极彼此任意组成热电偶时的热电势。任意组成热电偶时的热电势。热敏电阻器在零功率测量状态下，当环境温度突变时电阻

12、器的温度变化量从开始到最终变量的63.当温度升高到Tp1后，电阻值随温度值剧烈增高（按指数规律迅速增大）；3阻值在110M之间可供自由选择指在环境温度25时，旁热式热敏电阻器的电阻值被稳定在某一规定值时加热器内的电流。可见：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BP的值。标称电阻值是热敏电阻在250.当电压增至Um时，存在一个电流最大值Im；2负温度系数热敏电阻器（NTC）电阻值随温度升高而下降的热敏电阻器简称NTC热敏电阻器。曲线见下图，它与NTC热敏电阻器一样，曲线的起始段为直线，其斜率与热敏电阻器在环境温度下的电阻值相等。实质：在测量结果中人为地加一个恒定值，因为冷

13、端温度稳定不变，电动势EAB(TH,0)是常数，利用指示仪表上调整零点的办法，加大某个适当的值而实现补偿。当接点温度为T2、T3时，其热电势为EAB(T2,T3)；注意：桥臂RCu必须和热电偶的冷端靠近，使处于同一温度之下。当温度升到Tp2时，正温度系数热敏电阻器在工作温度范围内存在温度Tc，对应有较大的温度系数tp。EAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）将第三种材料C接入由A、B组成的热电偶回路，A、C接点与C、B的接点均处于相同温度T0之中，此回路的总电势不变.热敏电阻材料的分类（1）（U m峰值电压）以lnRT、T分别作为纵坐标和横坐标，便得到下图。4.连接导体

14、定律BBAAABAB T Tn T0 Tn T Tn Tn T0+nAAABnBBABnABABTeTeTeTeTTTE)()()(),(00 nBAnBAATTATBBTnnAAnBBTeTennnneKTTeTennnnlnln)()()()()(),(00TeTeTeTeTTTEABnBAnBAABnABAB),(),(0TTETTEnBAnAB由此可知，回路总热电势等于热电偶电势由此可知，回路总热电势等于热电偶电势E EABAB(T,T(T,Tn n)与连与连接导线热电势接导线热电势E EABAB(T(Tn n,T,T0 0)的代数和，连接导体定律是工的代数和，连接导体定律是工业上应用

15、补偿导线进行温度测量理论的基础。业上应用补偿导线进行温度测量理论的基础。ABTTnTnABT0T0热电偶补偿导线接线图E只要T、T0不变，接入AB后不管接点温度Tn如何变化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。5.5.中间温度定律中间温度定律BBA T2 T1 T3 AAB如果不同的两种导体材料组成热电偶回路,其接点温度分别为T1、T2时,则其热电势为EAB(T1,T2)；当接点温度为T2、T3时，其热电势为EAB(T2,T3)；当接点温度为T1、T3时，其热电势为EAB(T1,T3)，则 EAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）EAB（T1,T3）=EAB（T1

16、,0）+EA B（0,T3）=EAB（T1,0）-EAB（T3,0）=EAB（T1）-EAB（T3）对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分度表的问题提供了依据。如当T2=0时，则：定律定律4 4中导体中导体A A与与AA，B B与与BB材料相同时材料相同时),(),(),(00TTETTETTTEnABnABnAB),(0TTEAB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工业用热电偶结构 下图为典型工业用热电偶结构示意图。它由热电偶丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。1接线盒；2保险套管3绝缘套管4热电偶丝1234热电偶的常用材

17、料热电偶的常用材料P81表表5-1(a)(b)(c)(d)1322铠装式热电偶（又称套管式热电偶）优点是小型化（直径从12mm到0.25mm）、寿命长、热惯性小，使用方便。测温范围在1100以下的有：镍铬镍硅、镍铬考铜铠装式热电偶。断面如图所示。它是由热电偶丝、绝缘材料，金属套管三者拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，可分为四种型式如图。1 金属套管;2绝缘材料;3热电极(a)碰底型;(b)不碰底型;(c)露头型;(d)帽型3快速反应薄膜热电偶用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而形成薄膜装热电偶。如图，其热接点极薄(0.010.lm)41231热电极;2热接点;3绝缘基板;4

18、引出线因此，特别适用于对壁面温度的快速测量。安装时,用粘结剂将它粘结在被测物体壁面上。目前我国试制的有铁镍、铁康铜和铜康铜三种,尺寸为 6060.2mm;绝缘基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料纸等；测温范围在300以下；反应时间仅为几ms。四、常用测量电路四、常用测量电路1.测量单点温度电路BAABiNNeTTkTTEUln),(002.测量温差的基本电路ABAUiT2T1BABATABABT0T0UiBAABABiNNeTTkTETEUln)()(21213.测量平均温度基本电路ABUiT1BABT2ABT3R1R2R3A321RRRBANNeTTTTkln330321T0T0T0T0T03

19、213032021011111),(),(),(RRRURTTERTTERTTEiABABAB3/),(),(),(030201TTETTETTEUABABABi1.冰点槽法 把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0。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，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，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T0五、热电偶冷端补偿方式五、热电偶冷端补偿方式2.计算修正法用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算例 用铜-康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境TH中，测得热电动势EA

20、B(T，TH)=1.999mV，又用室温计测出TH=21,查此种热电偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，与2.831mV对应的热端温度T=68。注意注意:既不能只按既不能只按1.999mV1.999mV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.补正系数法把参比端实际温度TH乘上系数k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的温度

21、上，成为被测温度T。用公式表达即 式中：T为未知的被测温度；T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；TH室温；k为补正系数，其它参数见下表。例 用铂铑10铂热电偶测温，已知冷端温度TH=35，这时热电动势为11.348mV查S型热电偶的分度表，得出与此相应的温度T=1150。再从下表中查出，对应于1150的补正系数k=0.53。于是，被测温度 T=1150+0.5335=1168.3（）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0.14。T T k TH温度T/补正系数k铂铑10-铂(S)镍铬-镍硅（K）1000.821.002000.721.003000.

22、690.984000.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.5313000.5214000.5215000.5316000.53热电偶补正系数 实验室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。它由热电偶丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。最高工作温度TmaxT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；相比之下，优于其它各种温度传感器。这种办法仅限于科学实验中使用。用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而形成薄膜装热电偶。测温范围在

23、1100以下的有：镍铬镍硅、镍铬考铜铠装式热电偶。当温度升高到Tp1后，电阻值随温度值剧烈增高（按指数规律迅速增大）；优点是小型化（直径从12mm到0.目前国外有可测到5000 的产品。2保险套管3绝缘套管4热电偶丝在此功率下,它自身温度不应超过Tmax。Ge、Fe、V等氧化物NA、NB 导体A、B在温度为T 时的电子密度。其安装地点要有代表性，安装方法要正确，在工业生产中，热电偶常与毫伏计连用（XCZ型动圈式仪表）或与电子电位差计联用，后者精度较高，且能自动记录。BP正温度系数热敏电阻器的材料常数。材料的不同或配方的比例和方法不同，则BN也不同。热电偶的常用材料P81表5-1当电压增至Um时

24、，存在一个电流最大值Im；5热敏电阻器 适于在高灵敏度的微小温度测量场合使用。例例 用动圈仪表配合热电偶测温时，如果把仪表的机械零点调到用动圈仪表配合热电偶测温时，如果把仪表的机械零点调到室温室温TH的刻度上的刻度上,在热电动势为零时，指针指示的温度值并不是在热电动势为零时，指针指示的温度值并不是0而是而是TH。而热电偶的冷端温度已是。而热电偶的冷端温度已是TH,则只有当热端温度则只有当热端温度T=TH时，才能使时，才能使EAB(T,TH)=0，这样，指示值就和热端的实际温度一致，这样，指示值就和热端的实际温度一致了。这种办法非常简便，而且一劳永逸，只要冷端温度总保持在了。这种办法非常简便，而

25、且一劳永逸，只要冷端温度总保持在TH不变，指示值就永远正确。不变，指示值就永远正确。4.零点迁移法应用领域：如果冷端不是应用领域：如果冷端不是0，但十分稳定（如恒温车间或有空，但十分稳定（如恒温车间或有空调的场所）。调的场所）。实质：在测量结果中人为地加一个恒定值，因为冷端温度稳定不实质：在测量结果中人为地加一个恒定值，因为冷端温度稳定不变，电动势变，电动势EAB(TH,0)是常数，利用指示仪表上调整零点的办法，是常数，利用指示仪表上调整零点的办法，加大某个适当的值而实现补偿。加大某个适当的值而实现补偿。5.冷端补偿器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而引起热电势的变化值。不平

26、衡电桥由R1、R2、R3(锰铜丝绕制)、RCu(铜丝绕制)四个桥臂和桥路电源组成。设计时，在0下使电桥平衡(R1=R2=R3=RCu)，此时Uab=0，电桥对仪表读数无影响。冷端补偿器的作用注意：桥臂RCu必须和热电偶的冷端靠近，使处于同一温度之下。mVEAB(T,T0)T0T0TAB+-abUUabRCuR1R2R3RT0 Ua Uab EAB(T,T0)供电4V直流，在040或-2020的范围起补偿作用。注意，不同材质的热电偶所配的冷端补偿器，其中的限流电阻R不一样，互换时必须重新调整。1.1.热电偶的选择、安装使用热电偶的选择、安装使用 热电偶的选用应该根据被测介质的温度、压力、介质性质

27、、测温时间长短来选择热电偶和保护套管。其安装地点要有代表性，安装方法要正确，在工业生产中，热电偶常与毫伏计连用（XCZ型动圈式仪表）或与电子电位差计联用，后者精度较高，且能自动记录。另外也可通过与温度变送器经放大后再接指示仪表，或作为控制用的信号.六、热电偶的选择、安装使用和校验热电偶分度号校验温度/热电偶允许偏差/温度偏差温度偏 差LB3600，800，1000，120006002.4600占所测热电势的0.4%EU2400，600，800，10004004400占所测热电势的0.75%EA2300，400，60003004300占所测热电势的1%2.2.热电偶的定期校验热电偶的定期校验 校

28、验的方法是用标准热电偶与被校验热电偶装在同一校验炉中进行对比，误差超过规定允许值为不合格。图为热电偶校验装置示意图，最佳校验方法可由查阅有关标准获得。工业热电偶的允许偏差，见下表。78564321稳压电源220V热电偶校验图 1-调压变压器；2-管式电炉；3标准热电偶；4-被校热电偶；5-冰瓶；6-切换开关；7-测试仪表；8-试管 热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的。在温度传感器中应用最多的有热电偶热电偶、热热电阻电阻（如铂、铜电阻温度计等）和热敏电阻热敏电阻。热敏电阻发展最为迅速，由于其性能得到不断改进，稳定性已大为提高，在许多场合下（-40350）热敏电阻已逐

29、渐取代传统的温度传感器。主要讲述热敏电阻的特点、分类，基本参数，主要特性和应用等。第二节热敏电阻传感器第二节热敏电阻传感器（一）热敏电阻的特点 1电阻温度系数的范围甚宽有正、负温度系数和在某一特定温度区域内阻值突变的三种热敏电阻元件。电阻温度系数的绝对值比金属大10100倍左右。2材料加工容易、性能好 可根据使用要求加工成各种形状，特别是能够作到小型化。目前，最小的珠状热敏电阻其直径仅为 0.2mm。3阻值在110M之间可供自由选择 使用时，一般可不必考虑线路引线电阻的影响；由于其功耗小、故不需采取冷端温度补偿，所以适合于远距离测温和控温使用。一、热敏电阻的特点与分类 4稳定性好 商品化产品已

30、有30多年历史，加之近年在材料与工艺上不断得到改进。据报道，在0.01的小温度范围内，其稳定性可达0.0002的精度。相比之下，优于其它各种温度传感器。5原料资源丰富，价格低廉 烧结表面均已经玻璃封装。故可用于较恶劣环境条件；另外由于热敏电阻材料的迁移率很小，故其性能受磁场影响很小，这是十分可贵的特点。热敏电阻的种类很多，分类方法也不相同。按热敏电阻的阻值与温度关系这一重要特性可分为：1正温度系数热敏电阻器（PTC）电阻值随温度升高而增大的电阻器，简称PTC热敏阻器。它的主要材料是掺杂的BaTiO3半导体陶瓷。2负温度系数热敏电阻器（NTC）电阻值随温度升高而下降的热敏电阻器简称NTC热敏电阻

31、器。它的材料主要是一些过渡金属氧化物半导体陶瓷。3突变型负温度系数热敏电阻器（CTR)该类电阻器的电阻值在某特定温度范围内随温度升高而降低34个数量级，即具有很大负温度系数负温度系数。其主要材料是VO2并添加一些金属氧化物。（二）热敏电阻的分类（二）热敏电阻的分类 热敏电阻材料的分类热敏电阻材料的分类（1）大分类小分类代表例子NTC单晶金刚石、Ge、Si金刚石热敏电阻多晶迁移金属氧化物复合烧结体、无缺陷形金属氧化烧结体多结晶单体、固溶体形多结晶氧化物SiC系Mn、Co、Ni、Cu、Al氧化物烧结体、ZrY氧化物烧结体、还原性TiO3、Ge、SiBa、Co、Ni氧化物溅射SiC薄膜玻璃Ge、Fe

32、、V等氧化物硫硒碲化合物玻璃V、P、Ba氧化物、Fe、Ba、Cu氧化物、Ge、Na、K氧化物、（As2Se3）0.8、（Sb2SeI）0.2有机物芳香族化合物聚酰亚釉表面活性添加剂液体电解质溶液熔融硫硒碲化合物水玻璃As、Se、Ge系热敏电阻材料的分类（热敏电阻材料的分类（2）PTC无机物BaTiO3系Zn、Ti、Ni氧化物系Si系、硫硒碲化合物（Ba、Sr、Pb）TiO3烧结体有机物石墨系有机物石墨、塑料石腊、聚乙烯、石墨液体三乙烯醇混合物三乙烯醇、水、NaClCTR V、Ti氧化物系、Ag2S、（AgCu）、（ZnCdHg）BaTiO3单晶V、P、（BaSr）氧化物Ag2SCuS大分类小分

33、类代表例子2管缆热电阻 测温范围为-20500，最高上限为1000，精度为0.如果使EAB(T0)=常数，则回路热电势EAB(T，T0)就只与温度T有关，而且是T的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。在工作温度范围内，BN值并不是一个常数，而是随温度的升高略有增加的。商品化产品已有30多年历史，加之近年在材料与工艺上不断得到改进。热敏电阻器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63.指在环境温度25时，旁热式热敏电阻器的电阻值被稳定在某一规定值时加热器内的电流。（二）热敏电阻的分类标称电阻值是热敏电阻在250.NTC的电阻温度关系的一般数学表达式为：如当T2

34、=0时，则：2 电流镜核心电路BN NTC热敏电阻的材料常数。它与热容量C和耗散系数H之间的关系热敏电阻材料的分类（1）UG电阻器达到热平衡时的端电压。热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；V、P、（BaSr）氧化物1.标称电阻R25（冷阻）标称电阻值是热敏电阻在250.2时的阻值。二、热敏电阻的基本参数2.材料常数BN是表征负温度系数(NTC)热敏电阻器材料的物理特性常数。BN值决定于材料的激活能E,具有BN=E2k的函数关系，式中k为波尔兹曼常数。一般BN值越大，则电阻值越大，绝对灵敏度越高。在工作温度范围内，BN值并不是一个常数，而是随温度的升高略有增加的。3.电阻温度系数

35、（%/）热敏电阻的温度变化1 时电阻值的变化率。4.耗散系数H热敏电阻器温度变化1所耗散的功率变化量。在工作范围内，当环境温度变化时,H值随之变化,其大小与热敏电阻的结构、形状和所处介质的种类及状态有关。6.最高工作温度Tmax热敏电阻器在规定的技术条件下长期连续工作所允许的最高温度：T0环境温度；PE环境温度为T0时的额定功率；H耗散系数7.最低工作温度Tmin热敏电阻器在规定的技术条件下能长期连续工作的最低温度。8.转变点温度Tc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。HPTTE0max5.时间常数热敏电阻器在零功率测量状态下，当环境温度

36、突变时电阻器的温度变化量从开始到最终变量的63.2所需的时间。它与热容量C和耗散系数H之间的关系HC9.额定功率PE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,它自身温度不应超过Tmax。10.测量功率P0热敏电阻器在规定的环境温度下,受到测量电流加热而引起的电阻值变化不超过0.1时所消耗的功率11.工作点电阻RG在规定的温度和正常气候条件下，施加一定的功率后使电阻器自热而达到某一给定的电阻值。tnHP1000012.工作点耗散功率PG电阻值达到RG时所消耗的功率。UG电阻器达到热平衡时的端电压。GGGRUP213.功率灵敏度KG热敏电阻器在工作点附近消耗功率lmW

37、时所引起电阻的变化，即：在工作范围内，KG随环境温度的变化略有改变。14.稳定性热敏电阻在各种气候、机械、电气等使用环境中，保持原有特性的能力。它可用热敏电阻器的主要参数变化率来表示。最常用的是以电阻值的年变化率或对应的温度变化率来表示。KGR/P15.热电阻值RH指旁热式热敏电阻器在加热器上通过给定的工作电流时,电阻器达到热平衡状态时的电阻值。16.加热器电阻值Rr指旁热式热敏电阻器的加热器，在规定环境温度条件下的电阻值。18.标称工作电流 I指在环境温度25时，旁热式热敏电阻器的电阻值被稳定在某一规定值时加热器内的电流。19.标称电压 它是稳压热敏电阻器在规定温度下标称工作电流所对应的电压

38、值。20.元件尺寸指热敏电阻器的截面积A、电极间距离L和直径d。17.最大加热电流Imax指旁热式热敏电阻器上允许通过的最大电流。（一）热敏电阻器的电阻温度特性（RTT）1234铂丝4060120 1600100101102103104105106RT/温度T/C1-NTC；2-CTR；3-4 PTC三、热敏电阻器主要特性TT与RTT特性曲线一致。RT、RT0温度为T、T0时热敏电阻器的电阻值；BN NTC热敏电阻的材料常数。由测试结果表明，不管是由氧化物材料，还是由单晶体材料制成的NTC热敏电阻器，在不太宽的温度范围（小于450），都能利用该式，它仅是一个经验公式。1 负电阻温度系数(NTC

39、)热敏电阻器的温度特性011exp0TTBRRNTTNTC的电阻温度关系的一般数学表达式为：0ln11ln0TNTRTTBR如果以lnRT、1/T分别作为纵坐标和横坐标，则上式是一条斜率为BN，通过点(1/T，lnRT)的一条直线,如图。105104103102 0-101030507085100120T/C电阻/NTC热敏电阻器的电阻-温度曲线材料的不同或配方的比例和方法不同，则BN也不同。用lnRT1/T表示负电阻温度系数热敏电阻温度特性，在实际应用中比较方便。为了使用方便，常取环境温度为25作为参考温度（即T0=25），则NTC热敏电阻器的电阻温度关系式：29811exp25TBRRNT

40、02550751001250.511.522.533.5(25C,1)RT/RT0-T特性曲线RT/R25TRTR25BN系数表系数表RTR25BNR50R2522002600280030003200340036003800400050000.5650.5000.4830.4580.4350.4130.3920.3720.3540.2733.1754.7205.3195.9936.7517.6098.65719.66010.8819.771.9632.2212.3622.5122.6712.8403.0203.2113.4144.6420.3470.2880.2590.2360.2140.19

41、40.1760.1600.1460.0920.2270.1730.1490.1320.1150.1010.0880.0770.0670.0340.1130.0760.0620.0510.0420.0340.0280.0230.0190.007R0R25R75R25R-20R25R150R25R100R252.正电阻温度系数（PTC）:电阻温度特性10000100010010050100150200250R20=120R20=36.5R20=12.2T/C电阻/Tp1Tp2Tc=175 CPTC热敏电阻的工作温度范围较窄，在工作区两端，电阻温度曲线上有两个拐点：Tp1和Tp2。当温度低于Tp1时

42、，温度灵敏度低；当温度升高到Tp1后，电阻值随温度值剧烈增高（按指数规律迅速增大）；当温度升到Tp2时，正温度系数热敏电阻器在工作温度范围内存在温度Tc，对应有较大的温度系数tp。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温度特性可近似用下面的实验公式表示：式中 RT、RT0温度分别为T、T0时的电阻值；BP正温度系数热敏电阻器的材料常数。若对上式取对数，则得：0exp0TTBRRPTT以lnRT、T分别作为纵坐标和横坐标，便得到下图。0exp0TTBRRPTT0lnln0TPTRTTBR ）可见：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BP的值。lnRr1l

43、nRr2BPmRBP=tg=mR/mrT1T2lnRr0mrlnRTT 表示的PTC热敏电阻器电阻温度曲线lnRrTPPTPTPTTtpBTTBRTTBRBdTdRR00expexp100若对上式微分，可得PTC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（二）热敏电阻器的伏安特性（UI）热敏电阻器伏安特性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率相等）时的互相关系。1.负温度系数（NTC）热敏电阻器的伏安特性该曲线是在环境温度为T0时的静态介质中测出的静态UI曲线。热敏电阻的端电压UT和通过

44、它的电流I有如下关系：0000exp11expTTTBIRTTBIRIRUNNTTT0环境温度；T热敏电阻的温升。曲线见下图，它与NTC热敏电阻器一样，曲线的起始段为直线，其斜率与热敏电阻器在环境温度下的电阻值相等。这是因为流过电阻器电流很小时，耗散功率引起的温升可以忽略不计的缘故。当热敏电阻器温度超过环境温度时，引起电阻值增大，曲线开始弯曲。104103102101105Um10110210310010-1ImPTC热敏电阻器的静态伏安特性2正温度系数（PTC）热敏电阻器的伏安特性 当电压增至Um时，存在一个电流最大值Im；如电压继续增加，由于温升引起电阻值增加速度超过电压增加的速度，电流反

45、而减小，即曲线斜率由正变负。伏安特性的位置在仪器仪表中的应用 U m 的左边温度计、温度差计、温度补偿、微小温度检测、温度报警、温度继电器、湿度计、分子量测定、水分计、热计、红外探测器、热传导测定、比热测定U m的附近液位测定、液位检测U m的右边流速计、流量计、气体分析仪、真空计、热导分析旁热型热敏电阻器风速计、液面计、真空计1.检测和电路用的热敏电阻器（U m峰值电压）四、热敏电阻器的应用电路元件热敏电阻器在仪表中应用分类 在仪器仪表中的应用U m 的左边偏置线图的温度补偿、仪表温度补偿、热电偶温度补偿、晶体管温度补偿U m的附近恒压电路、延迟电路、保护电路U m的右边自动增益控制电路、RC振荡器、振幅稳定电路伏安特性的位置2.热敏电阻作温度补偿用R(T)R1R2Rr第三节第三节 PNPN结温度传感器结温度传感器 一、温敏二极管FgSFFITBeTkUIIqTkUlnln000TkeUETBTkeUTkEABTTkeUIIFgoFgoFSF0000expexpexpexp二、温敏三极管CgBEITBeTkUUln00RCECRUBE+温敏晶体管三、集成温度传感器1 基本工作原理 +ER1R2IC1IC2BG1UBEBG2V1V2V4V3RUTv2 电流镜核心电路 3 电压型核心电路