第三章溫度傳感器

第三章溫度傳感器主要內(nèi)容：熱電偶熱電效應(yīng)熱電偶的基本定律熱電阻金屬熱電阻半導(dǎo)體熱敏電阻PN結(jié)溫度傳感器1■了解溫度傳感器的作用、地位和分類■理解熱電效應(yīng)定義，掌握熱電偶三定律及相關(guān)計(jì)算，熱電偶冷端補(bǔ)償原因及補(bǔ)償方法■掌握熱敏電阻不同類型的特點(diǎn)、特性曲線及應(yīng)用場(chǎng)合■了解其他溫度傳感器工作原理學(xué)習(xí)要點(diǎn)2第一節(jié)概論在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。溫度是與人類生活息息相關(guān)的物理量。溫度檢測(cè)始于2000多年前。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國(guó)防、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等部門都與溫度有著密切的關(guān)系。工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程，溫度測(cè)量點(diǎn)要占全部測(cè)量點(diǎn)的一半左右。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。3一、溫度的基本概念溫度：衡量物體冷熱程度的物理量。溫度的高低反映了物體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的大小。溫標(biāo)：表示溫度大小的尺度是溫度的標(biāo)尺。熱力學(xué)溫標(biāo)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)4熱通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)單位面積的熱量。 類似于電流。

熱傳導(dǎo)率：材料直接傳導(dǎo)熱量的能力稱為熱傳導(dǎo) 率，或稱熱導(dǎo)率（Thermal Conductivity）。熱導(dǎo)率定義為單位 截面、長(zhǎng)度的材料在單位溫差下和 單位時(shí)間內(nèi)直接傳導(dǎo)的熱量。熱導(dǎo) 率的單位為瓦每米每開爾文 （(W/m.K)）。

5熱容：是度量物體內(nèi)所能包含熱能的一種參數(shù)，類似于電容。熱容是當(dāng)物質(zhì)吸收熱量溫度升高時(shí)，溫度每升高1K所吸收的熱量稱為該物質(zhì)的熱容。（符號(hào)C，單位J/K）?？ǎ憾x為將1克水從14.5℃升高到15.5℃所需的熱量。6其它一些常用的熱能單位：1焦耳=0.2389卡熱傳遞方式：熱的傳遞主要有以下三種方式。(1)傳導(dǎo)：指熱量在固體內(nèi)或靜止的液體內(nèi)通過(guò)擴(kuò)散來(lái)傳播的方式。(2)對(duì)流：對(duì)流是指熱量通過(guò)液體或氣體的運(yùn)動(dòng)來(lái)傳遞。(3)輻射：是指熱量通過(guò)電磁波的發(fā)射來(lái)傳遞。7二、溫度傳感器的特點(diǎn)與分類1

溫度傳感器的物理原理8物理現(xiàn)象體積熱膨脹電阻變化溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì)顏色P–N結(jié)電動(dòng)勢(shì)晶體管特性變化可控硅動(dòng)作特性變化熱、光輻射種類鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動(dòng)器超聲波溫度計(jì)示溫涂料液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)2.玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)4.雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)1．

熱鐵氧體2．

Fe-Ni-Cu合金9▲特性與溫度之間的關(guān)系要適中，并容易檢測(cè)和處理，且隨溫度呈線性變化▲除溫度以外，特性對(duì)其它物理量的靈敏度要低▲特性隨時(shí)間變化要小▲重復(fù)性好，沒有滯后和老化▲靈敏度高，堅(jiān)固耐用，體積小，對(duì)檢測(cè)對(duì)象的影響小▲機(jī)械性能好，耐化學(xué)腐蝕，耐熱性能好▲能大批量生產(chǎn)，價(jià)格便宜2.溫度傳感器應(yīng)滿足的條件103.溫度傳感器的種類及特點(diǎn)

接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器

接觸式溫度傳感器是將測(cè)溫敏感元件直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，使被測(cè)介質(zhì)與測(cè)溫敏感元件進(jìn)行充分熱交換，當(dāng)兩者具有相同溫度時(shí)，達(dá)到測(cè)量的目的。這種傳感器的測(cè)量精度較高，但由于被測(cè)介質(zhì)的熱量傳遞給傳感器，從而降低了被測(cè)介質(zhì)的溫度，特別是被測(cè)介質(zhì)熱容量較小時(shí)，會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差。非接觸式溫度傳感器主要是利用被測(cè)物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測(cè)量物體的溫度，可進(jìn)行遙測(cè)。其制造成本較高，測(cè)量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測(cè)物體上吸收熱量；不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)；連續(xù)測(cè)量不會(huì)產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。11溫差熱電偶（簡(jiǎn)稱熱電偶）是目前溫度測(cè)量中使用最普遍的傳感元件之一。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號(hào)為電信號(hào)便于遠(yuǎn)傳或信號(hào)轉(zhuǎn)換，還能用來(lái)測(cè)量流體的溫度、測(cè)量固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測(cè)量。第二節(jié)熱電偶溫度傳感器★熱電偶的工作原理★熱電偶回路的性質(zhì)★熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)★冷端處理及補(bǔ)償12兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成閉合回路，若導(dǎo)體A和B的連接處溫度不同（設(shè)T＞T0），則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說(shuō)回路中有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象早在1823年首先由塞貝克（See－back）發(fā)現(xiàn),所以又稱塞貝克效應(yīng)。熱電偶原理圖TT0AB一、工作原理回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫熱電勢(shì)。熱電勢(shì)thermo-electricforce由兩部分組成，即溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。熱端冷端A,B組成的系統(tǒng)------熱電偶稱A,B導(dǎo)體為熱電極熱端（工作端）;冷端（自由端）131.接觸電勢(shì)（珀?duì)柼?yīng)）+ABTeAB(T)-eAB(T)——導(dǎo)體A、B結(jié)點(diǎn)在溫度T時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢(shì)；e——單位電荷，e=1.6×10-19C；

k——波爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K

；NA、NB

——導(dǎo)體A、B在溫度為T時(shí)的電子密度。接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。接觸電勢(shì)原理圖14AeA(T,To)ToTeA(T，T0)——導(dǎo)體A兩端溫度為T、T0時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢(shì)；T，T0——高低端的絕對(duì)溫度；σA——湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1℃時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)，例如在0℃時(shí)，銅的σ=2μV/℃。2.溫差電勢(shì)（湯姆遜效應(yīng)）溫差電勢(shì)原理圖15由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T、T0,如果T＞T0，則必存在著兩個(gè)接觸電勢(shì)和兩個(gè)溫差電勢(shì)，回路總電勢(shì)：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.回路總電勢(shì)NAT、NAT0——導(dǎo)體A在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度；NBT、NBT0——導(dǎo)體B在結(jié)點(diǎn)溫度為T和T0時(shí)的電子密度；σA

、σB——導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。16導(dǎo)體材料確定后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使EAB(T0)=常數(shù)，則回路熱電勢(shì)EAB(T，T0)就只與溫度T有關(guān)，而且是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同，熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時(shí)才能有熱電勢(shì)產(chǎn)生。熱電偶回路熱電勢(shì)的大小只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長(zhǎng)度、粗細(xì)無(wú)關(guān)。17在實(shí)際測(cè)量中只需用儀表測(cè)出回路中總電勢(shì)即可。由于溫差電勢(shì)與接觸電勢(shì)相比較，其值很小，因此，在工程技術(shù)中認(rèn)為熱電勢(shì)近似等于接觸電勢(shì)。在工程應(yīng)用中，測(cè)出回路總電勢(shì)后，用查熱電偶分度表的方法確定被測(cè)溫度。由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其導(dǎo)體是否存在溫度梯度，回路中沒有電流(即不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì))；反之，如果有電流流動(dòng)，此材料則一定是非均質(zhì)的，即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極。二、熱電偶回路的性質(zhì)1.均質(zhì)導(dǎo)體定律18

E總=EAB（T）+EBC（T）+ECA（T）=0三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路TABCTT2.中間導(dǎo)體定律一個(gè)由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同，則此回路各接點(diǎn)產(chǎn)生的熱電勢(shì)的代數(shù)和為零。如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則19兩點(diǎn)結(jié)論：

l）將第三種材料C接入由A、B組成的熱電偶回路，如圖，則圖a中的A、C接點(diǎn)2與C、A的接點(diǎn)3，均處于相同溫度T0之中，此回路的總電勢(shì)不變，即同理，圖b中C、A接點(diǎn)2與C、B的接點(diǎn)3，同處于溫度T0之中，此回路的電勢(shì)也為：T2T1AaBC23EABAT023ABEABT1T2

CT0EAB（T1,T2）=EAB（T1）-EAB（T2）(a)(b)T0T0EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（T2）第三種材料接入熱電偶回路圖20ET0T1T1T電位計(jì)接入熱電偶回路根據(jù)上述原理，在熱電偶回路中接入電位計(jì)E，只要保證電位計(jì)與連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等，不會(huì)影響回路中原來(lái)的熱電勢(shì)，接入的方式見下圖所示。

T0T0BTAC（a）（b）21如果回路中三個(gè)接點(diǎn)的溫度都相同，即T＝T0，則回路總電動(dòng)勢(shì)必為零，即：即則22

EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB2）如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢(shì)是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢(shì)的關(guān)系為：23例題解：根據(jù)中間導(dǎo)體定律結(jié)論公式，有EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）依題意可知，EAC（T,T0）＝13.967mV；ECB（T,T0）＝－8.345mV則EAB(T,T0)＝13.967mV－8.345mV＝5.622mV因此，在此特定條件下材料A與材料B配對(duì)后的熱電勢(shì)為5.622mV。已知在某特定條件下材料A與鉑配對(duì)的熱電動(dòng)勢(shì)為13.967mV，材料B與鉑配對(duì)的熱電動(dòng)勢(shì)為8.345mV，求出在此特定條件下材料A與材料B配對(duì)后的熱電勢(shì)。243.中間溫度定律

如果不同的兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶回路,其接點(diǎn)溫度分別為T1、T2(如圖所示)時(shí),則其熱電勢(shì)為EAB(T1,T2)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T2、T3時(shí)，其熱電勢(shì)為EAB(T2,T3)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為T1、T3時(shí)，其熱電勢(shì)為EAB(T1,T3)，則BBA

T2

T1

T3

AAB

EAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）25EAB（T1,T3）=EAB（T1,0）+EAB（0,T3）

=EAB（T1,0）-EAB（T3,0）=EAB（T1）-EAB（T3）

ABT1T2T2A’B’T0T0熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖E對(duì)于冷端溫度不是零度時(shí)，熱電偶如何用分度表的問(wèn)題提供了依據(jù)。如當(dāng)T2=0℃時(shí)，則：只要T1、T0不變，接入AˊBˊ后不管接點(diǎn)溫度T2如何變化，都不影響總熱電勢(shì)。這便是引入補(bǔ)償導(dǎo)線原理。EAB=EAB(T1)–EAB(T0)說(shuō)明：當(dāng)在原來(lái)熱電偶回路中分別引入與導(dǎo)體材料A、B同樣熱電特性的材料A′、B′(如圖)即引入所謂補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，當(dāng)EAA?(T2)=EBB?(T2)時(shí)，則回路總電動(dòng)勢(shì)為26熱電偶材料應(yīng)滿足：物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時(shí)間改變；化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測(cè)量時(shí)不被腐蝕；熱電勢(shì)高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)??；便于制造；復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu)27

1．鉑—鉑銠熱電偶(S型)

分度號(hào)LB—3測(cè)量溫度：長(zhǎng)期：1300℃、短期：1600℃。（一）熱電偶常用材料2．鎳鉻—鎳硅(鎳鋁)熱電偶(K型)

分度號(hào)EU—2測(cè)量溫度：長(zhǎng)期1000℃，短期1300℃。3．鎳鉻—考銅熱電偶(E型)

分度號(hào)EA—2測(cè)量溫度：長(zhǎng)期600℃，短期800℃。4．鉑銠30—鉑銠6熱電偶(B型)

分度號(hào)LL—2測(cè)量溫度：長(zhǎng)期可到1600℃，短期可達(dá)1800℃。28

（二）常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型1．普通熱電偶2．鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）3．快速反應(yīng)薄膜熱電偶4．快速消耗微型熱電偶

29普通熱電偶30鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶斷面結(jié)構(gòu)鎧裝熱電偶外形31薄膜熱電偶薄膜熱電偶32方法冰點(diǎn)槽法計(jì)算修正法補(bǔ)正系數(shù)法零點(diǎn)遷移法冷端補(bǔ)償器法軟件處理法四、冷端處理及補(bǔ)償原因熱電偶熱電勢(shì)的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢(shì)是以冷端溫度0℃為依據(jù)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。331.冰點(diǎn)槽法把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液四、冷端處理及補(bǔ)償T0342.計(jì)算修正法用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度TH，利用公式計(jì)算例用銅-康銅熱電偶測(cè)某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境TH中，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，TH)=1.979mV，又用室溫計(jì)測(cè)出TH=21℃,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.84mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.979+0.84=2.819(mV)再次查分度表，與2.819mV對(duì)應(yīng)的熱端溫度T=69℃。注意:既不能只按1.979mV查表，認(rèn)為T=49℃，也不能把49℃加上21℃，認(rèn)為T=70℃。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)35363.補(bǔ)正系數(shù)法把參比端實(shí)際溫度TH乘上系數(shù)k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的溫度上，成為被測(cè)溫度T。用公式表達(dá)即

式中：T——為未知的被測(cè)溫度；T′——為參比端在室溫下熱電偶電勢(shì)與分度表上對(duì)應(yīng)的某個(gè)溫度；TH——室溫；k——為補(bǔ)正系數(shù)。例用鉑銠10－鉑熱電偶測(cè)溫，已知冷端溫度TH=35℃，這時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)為11.348mV．查S型熱電偶的分度表，得出與此相應(yīng)的溫度T′=1150℃。再?gòu)南卤碇胁槌?，?duì)應(yīng)于1150℃的補(bǔ)正系數(shù)k=0.53。于是，被測(cè)溫度

T=1150+0.53×35=1168.3（℃）用這種辦法稍稍簡(jiǎn)單一些，比計(jì)算修正法誤差可能大一點(diǎn)，但誤差不大于0.14％。T＝

T′＋

kTH375.電橋補(bǔ)償法利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢(shì)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢(shì)的變化值。不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)四個(gè)橋臂和橋路電源組成。設(shè)計(jì)時(shí)，在0℃下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu),此時(shí)Uab=0,電橋?qū)x表讀數(shù)無(wú)影響。電橋補(bǔ)償?shù)淖饔米⒁猓簶虮跼Cu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。

mVEAB(T,T0)T0T0TBA-+-abUUabRCuR1R2R3RT0RCu

UaUabEAB(T,T0)供電4V直流，在0～40℃或-20～20℃的范圍起補(bǔ)償作用。+38實(shí)際電勢(shì)為396電位補(bǔ)償法電位補(bǔ)償法電路圖40則回路總的熱電勢(shì)為式中：UA≈IRt，是隨環(huán)境溫度Tn的變化而變化的；故UA=EAB(Tn，T0)，起補(bǔ)償環(huán)境溫度影響作用。所以41測(cè)量單點(diǎn)溫度的基本測(cè)溫線路

五熱電偶實(shí)用測(cè)量電路

基本測(cè)量電路42

式中分別為熱電偶、導(dǎo)線（包括銅線、補(bǔ)償導(dǎo)線和平衡電阻）和儀表的內(nèi)阻（包含負(fù)載電阻R）。

43測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫度電路圖測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間溫差的測(cè)溫線路44回路內(nèi)的總電勢(shì)為

因B、D材料性質(zhì)相同，故

又C、A材料性質(zhì)相同，

所以

45平均溫度測(cè)量電路平均溫度電路圖平均溫度電路46測(cè)量溫度和的電路溫度和的測(cè)量電路圖溫度和的測(cè)量電路圖473.3電阻型溫度傳感器12熱電阻熱敏電阻48一熱電阻材料的特點(diǎn)作為測(cè)量溫度用的熱電阻材料，必須具備以下特點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)α要盡可能大，且穩(wěn)定；電阻率ρ要高；比熱小，亦即熱慣性小；電阻值隨溫度變化關(guān)系最好是線性關(guān)系；在較寬的測(cè)量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)；良好的工藝性，即特性的復(fù)現(xiàn)性好，便于批量生產(chǎn)。49電阻和溫度的關(guān)系

式中：Rt、R0分別為熱電阻在t℃和t0℃時(shí)的電阻值；α為熱電阻的電阻溫度系數(shù)（1/℃），t為被測(cè)溫度（℃）。從式可見，只要α保持不變（常數(shù)），則金屬電阻Rt將隨溫度線性地增加。其靈敏度為二電阻和溫度的關(guān)系50常用金屬熱電阻的性能51鉑電阻與溫度的關(guān)系

在0～630.74℃以內(nèi)為：在-190～0℃以內(nèi)為：

式中:Rt-溫度為t℃時(shí)的電阻；R0-溫度為0℃時(shí)的電阻；t-任意溫度；A,B,C-分度系數(shù)1鉑電阻52鉑電阻體結(jié)構(gòu)工業(yè)用鉑熱電阻體結(jié)構(gòu)53銅電阻與溫度的關(guān)系式中，Rt為溫度t℃時(shí)的電阻值，Ω；R0為溫度0℃時(shí)的電阻值，Ω；a為銅電阻的溫度系數(shù)，a＝4.25×10-3～4.28×10-3／℃。2銅電阻54銅熱電阻的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是：

輸出一輸入特性近似線性；工藝性好，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是：電阻率小，僅為鉑的1/6，故體積大，熱慣性大當(dāng)溫度高于100℃時(shí)，易氧化、測(cè)量范圍小，不適于在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。55銅熱電阻的結(jié)構(gòu)

銅熱電阻體結(jié)構(gòu)56三熱電阻測(cè)量電路三線式電橋連接法三線接法因?yàn)殡妷罕鞰的內(nèi)阻很大，故流過(guò)r3的電流很小r3上的壓降可不計(jì)，因此電壓表M的讀數(shù)可認(rèn)為等于電橋的不平衡輸出。57四線式電阻測(cè)量電路583.3.2熱敏電阻熱敏電阻的工作原理熱敏電阻溫特性59電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高。通常溫度變化1℃，阻值變化1%～6%，電阻溫度系數(shù)絕對(duì)值比一般金屬電阻大10～100倍。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小。珠形熱敏電阻探頭的最小尺寸為0.2mm，能測(cè)量熱電偶和其他溫度傳感器無(wú)法測(cè)量的空隙、腔體、內(nèi)孔等處的點(diǎn)溫度。如人體血管內(nèi)溫度等。電阻率高，熱慣性小，不像熱電偶需要冷端補(bǔ)償，適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量。使用方便，容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量，功耗小。

熱敏電阻主要特點(diǎn)60三、熱敏電阻的基本參數(shù)1.標(biāo)稱電阻(NominalResistance)R25（冷阻）2.材料常數(shù)(MaterialConstant)BN3.電阻溫度系數(shù)(ThermalCoefficientofResistance)(%/℃)熱敏電阻的溫度變化1℃時(shí)電阻值的變化率。4.耗散系數(shù)(DissipationConstant)H熱敏電阻器溫度變化1℃所耗散的功率變化量。5.時(shí)間常數(shù)(TimrConstant)τ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。616.最高工作溫度Tmax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7.最低工作溫度Tmin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。8.轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度Tc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阻。9.額定功率(RatedPower)PE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。在此功率下,它自身溫度不應(yīng)超過(guò)Tmax62熱敏電阻的結(jié)構(gòu)形式熱敏電阻結(jié)構(gòu)形式1-玻璃殼2-熱敏電阻3-引線63NTC二極管封裝環(huán)氧封裝、小型化高精度；響應(yīng)時(shí)間快；穩(wěn)定性好根據(jù)不同用途有多種封裝結(jié)構(gòu)；使用溫區(qū)寬高穩(wěn)定性、高可靠性根據(jù)不同用途有多種封裝結(jié)構(gòu)；使用溫區(qū)寬；高穩(wěn)定性、高可靠性；為客戶提供多種便捷服務(wù)

家用冰箱、空調(diào)器；電熱水器、整體浴室；冰柜、豆?jié){機(jī)64（一）熱敏電阻器的電阻——溫度特性（RT—T）

12340601201600100101102103104105106RT/Ω溫度T/oC熱敏電阻的電阻--溫度特性曲線1-NTC；2-CTR；

3PTC二、熱敏電阻器主要特性Resistance-temperaturecharacteristicofthermistorT/℃65RT、RT0——溫度為T、T0時(shí)熱敏電阻器的電阻值；

BN——NTC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，還是由單晶體材料制成的NTC熱敏電阻器，在不太寬的溫度范圍（小于450℃），都能利用該式，它僅是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。1負(fù)電阻溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器的溫度特性NTC的電阻—溫度關(guān)系的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：66為了使用方便，常取環(huán)境溫度為25℃作為參考溫度（即T0=25℃），則NTC熱敏電阻器的電阻—溫度關(guān)系式：02550751001250.511.522.533.5(25oC,1)RT/RT0--T特性曲線RT/R25T/℃672.正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻器的電阻—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)生相變引起導(dǎo)電率突變來(lái)取得的，典型特性曲線如圖104103102100100200PTC熱敏電阻器的電阻—溫度曲線T/oC電阻/ΩTp1Tp268

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—溫度特性可近似用下面的實(shí)驗(yàn)公式表示：式中RT、RT0——溫度分別為T、T0時(shí)的電阻值；

BP——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：以lnRT、T分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，得到下圖。69

）可見：正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻溫度系數(shù)αtp

，正好等于它的材料常數(shù)BP的值。lnRr1lnRr2BPβmRBP=tgβ=mR/mrT1T2lnRr0mrlnRT~T表示的PTC熱敏電阻器電阻—溫度曲線lnRrT若對(duì)上式微分，可得PTC熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)αtp70αβ

abcdUmU0I0ImU/VI/mANTC熱敏電阻的靜態(tài)伏安特性（二）熱敏電阻器的伏安特性（U—I）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率相等）時(shí)的互相關(guān)系。1.負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻器的伏安特性該曲線是在環(huán)境溫度為T0時(shí)的靜態(tài)介質(zhì)中測(cè)出的靜態(tài)U—I曲線.熱敏電阻的端電壓UT和通過(guò)它的電流I有如下關(guān)系：T0——環(huán)境溫度；△T——熱敏電阻的溫升。71

104103102101105Um10110210310010-1ImPTC熱敏電阻器的靜態(tài)伏安特性2．正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻器的伏安特性72測(cè)量電路1.三線制圖中G為指示電表，R1、R2、R3為固定電阻，Ra為零位調(diào)節(jié)電阻。鉑電阻通過(guò)電阻分別為r2、

r3、

Rg的三根導(dǎo)線和電橋連接，r2和r3分別接在相鄰的兩臂，當(dāng)溫度變化時(shí)，只要它們的長(zhǎng)度和電阻溫度系數(shù)相同，它們的電阻變化就不會(huì)影響電橋的狀態(tài)，即不產(chǎn)生溫度誤差。而Rg分別接在指示電表和電源回路，其阻值變化也不會(huì)影響電橋的平衡狀態(tài)。

R2RaR1R3ERtr3Rgr2G732.四線制注意：無(wú)論三線制或四線制，都必須從鉑電阻感溫體的根部引出，不能從鉑電阻的接線端子上分出。因?yàn)閺母袦伢w到接線端子之間的導(dǎo)線處于溫度變化劇烈的地段(距被測(cè)溫度太近)，雖然在保護(hù)套管里的這一段導(dǎo)線不長(zhǎng)，但其電阻的影響不容忽視。743.4

PN結(jié)溫度傳感器

利用PN結(jié)的結(jié)電壓隨溫度成近似線性變化這一特性實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)、控制和補(bǔ)償?shù)裙δ??？芍苯佑冒雽?dǎo)體二極管或?qū)雽?dǎo)體三極管接成二極管做成PN結(jié)溫度傳感器。這種傳感器的測(cè)溫范圍為-50℃至150℃，與其他的溫度傳感器相比有較好的線性度，且尺寸小、響應(yīng)快、靈敏度高、熱時(shí)間常數(shù)小，因此用途較廣。753.4.1溫敏二極管、三極管1.溫敏二極管的工作原理理想二極管的伏安特性可近似表示為：只要滿足正向電壓UF大于幾個(gè)kT/q，其正向電流IF與UF及溫度T之間的關(guān)系可表示為：76上式表明：在一定電流下，二極管正向電壓隨溫度的升高而降低，呈負(fù)溫度系數(shù)。772.溫敏三極管的工作原理