热敏电阻解析课件

1、热敏电阻解析课件热敏电阻解析课件一、热敏电阻的结构与材料结构（实例图片） 热敏电阻主要由热敏探头1、引线2、壳体3等构成，如图7-17所示。 热敏电阻一般做成二端器件，但也有做成三端或四端器件的。二端或三端器件为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路中获得功率。四端器件则是旁热式的。 根据不同的使用要求，可以把热敏电阻做成不同的形状和结构，其典型结构如图7-18所示。 在图7-18中，(a)圆片型；(b)薄膜型；(c)杆型；(d)管型；(e)平板型；(f)珠型；(g)扁圆型；(h)垫圈型；(i)杆型(金属帽引出)。 从电阻体的形状来说，有片形（包括垫圈形）、杆型（包括管形）、珠形、线形、薄膜形等，

2、其特点如下。7-4 热敏电阻一、热敏电阻的结构与材料7-4 热敏电阻 片形：通过粉末压制、烧结成形，适于大批生产。由于体积大，功率也较大。在圆片形热敏电阻器中心留一个圆孔，便成为垫圈形，它便于用螺丝固定散热片，因此功率可以更大，也便于把多个元件进行串、并联。 杆形：用挤压工艺可做成杆形或管形，杆形比片形容易制成高阻值元件。管形内部加电极又易于得到低阻值，因此，其阻值调整方便，阻值范围广。 线形：由在金属管的中心（管的中心有一金属丝）灌注已烧结好的粉状热敏材料后拉伸而成。适于缠绕、贴附在物体上作温度控制或报警用。 珠形：在两根丝间滴上糊状热敏材料的小珠后烧结而成，铂丝作为电极一般用玻璃壳或金属壳

3、密封。其特点是热惰性小、稳定性好，但使用功率小。 薄膜形：用溅射法或真空蒸镀成形。其热容量和时间常数很小，一般可作红外探测器和流量检测。7-4 热敏电阻 片形：通过粉末压制、烧结成形，适于大批生产。由于体积材料 最常见的热敏电阻器是用金属氧化物半导体材料制成。将各种氧化物在不同条件下烧成半导体陶瓷，以获得热敏特性。 以 Mn3O4、CuO、NiO、Co3O4、Fe2O3、TiO2、MgO、V2O5、ZnO 等两种或两种以上的材料进行混合、成形、烧结，可制成具有负温度系数的热敏电阻，其电阻率()和材料常数（B）随制备材料的成分比例、烧结温度、烧结气氛和结构状态不同而变化。二、基本参数标称电阻值

4、R25() 标称电阻 R25（）是热敏电阻在 25 时的阻值。标称阻值大小由热敏电阻材料和几何尺寸决定。如果环境温度 t 不是(250.2)而在 2527之间，则可按下式换算成 25 时的阻值。7-4 热敏电阻材料7-4 热敏电阻 式中 R25温度为 25 时的阻值； Rt温度为 t 时的实际电阻值； 25被测热电阻在 25 时的电阻温度系数。材料常数B(K) 材料常数 B是描述热敏材料物理特性的一个常数，其大小取决于热敏阻材料的激活能 E，且 BE/2k，k 为波尔兹曼常数。一般 B 越大，则阻值越大，灵敏度越高。在工作温度范围内，B 值并不是一个严格的常数，它随着温度升高略有增加。电阻温度

5、系数 t(%/0C) 电阻温度系数是指热敏电阻的温度变化 1 时其阻值变化率与其值之比，即 7-4 热敏电阻 (7-27)式中 t 和 RT 是与温度 T(K)相对应的电阻温度系数和阻值。t 决定热敏电阻在全部工作范围内的温度灵敏度。一般说来，电阻率越大，电阻温度系数也就越大。 时间常数(s) 时间常数定义为热容量 C 与耗散系数 H 之比，即 C/H (7-28)其数值等于热敏电阻在零功率测量状态下，当环境温度突变时热敏电阻随温度变化量从起始到最终变量的 63.2 %所需的时间.时间常数表征热敏电阻加热或冷却的速度。7-4 热敏电阻 耗散系数H(mW/0C) 耗散系数是指热敏电阻温度变化 1

6、 所耗散的功率。其大小与热敏电阻的结构、形状以及所处介质的种类、状态等有关。最高工作温度 Tmax(K) 最高工作温度是指热敏电阻在规定的技术条件下长期连续工作所允许的温度。 Tmax=T0+PE/H (7-29)式中 T0环境温度（K）； PE环境温度 T0时的额定功率； H耗散系数。 7-4 热敏电阻耗散系数H(mW/0C)7-4 热敏电阻额定功率 PE(W) 额定功率(PE) 是热敏电阻在规定的技术条件下长期连续工作所允许的耗散功率，在此条件下热敏电阻自身温度不应超过 Tmax。测量功率 Pc( W ) 测量功率是指热敏电阻在规定的环境温度下，电阻体由测量电流加热而引起的电阻值变化不超过

7、 0.1 %时所消耗的功率，即 PcH/(1 000t) (7-30)三、主要特性 热敏电阻的电阻温度特性(RT-T) 电阻温度特性与热敏电阻器的电阻率和温度 T 的关系是一致的，它表示热敏电阻的阻值 RT 随温度的变化规律，一般用 RT-T 特性曲线表示。7-4 热敏电阻额定功率 PE(W) 7-4 热敏电阻 具有负电阻温度系数的热敏电阻的电阻温度特性 负温度系数的热敏电阻其电阻温度曲线如图7-19中曲线1所示，其一般数学表达式为 (7-31)式中 RT、RT0温度为T、T0时热敏电阻的阻值； Bn负电阻温度系数热敏电阻的材料常数。 此式是一个经验公式。由测试结果表明，无论是由氧化材料还是由

8、单晶体材料制成的负温度系数热敏电阻器，在不太宽的测温范围（R1、R3R2，则正反馈系数 F 为 F R2/(R1+R2) 设 t=0时，Uc = -FU0。 在 T/2 时间内，C 上的电压将以指数规律由 -FU0 向 U0 方向变化，所以7-4 热敏电阻四、热敏电阻的测温电路7-4 热敏电阻 (7-37)当 tT/2时， ，代入上式得 (7-38)所以 (7-39)于是振荡频率与回路参数之间关系为 (7-40) 7-4 热敏电阻 如果选择电路参数使得 (7-41)则 f 1 / (RC) (7-42)固定 C 值，则频率 f 与电阻 R 之间的关系为一双曲线。如果 R 以热敏电阻代之，由于热

9、敏电阻的阻值为显然 T-RT 曲线与按(7-42)式所做出的 f-R 曲线在形状上是极为相似的，如图7-27(a)、(b)所示。 因此，只要适当调整两条曲线的形状和位置(通过选择 C 和 RT 来实现），可使其在某一指定点相交( T0，) 。而在相交点附近的一定范围内，两条曲线彼此接近,可用值代替温度值，且保持近似的线性关系。显然，这样做只能保证在相交点由 值所决定的温度 T 等于由 值所决定的频率 ，偏离这一点，两条曲线相差较大，故这种一点校准法一般很难满足测温的精度要求。为了扩大测温范围，减小测温误差，一般用与7-4 热敏电阻如果选择电路参数使得7-4 热敏电阻 串、并联的电阻网络来代替运

10、放反馈回路中的 R，如图7-28(a)所示，以改 变曲线的形状和位置，使其与曲线在被测温度范围内有三点相交，如图7-28(b)中的 A、B、C 三点。根据（7-42）式，在三个校准点上应满足方程： (7-43) 若 T2 恰好为测温范围的中点，而 Rm和Rn 的选择又使得 f2 恰在 f3 和 f1 中间，即 f3-f2 = f2-f1 则由方程组（7-43）可求出满足上述条件的电路参数 7-4 热敏电阻 串、并联的电阻网络来代替运放反馈回路中的 R，如图 （7-44） (7-45) (7-46)上述公式中的 RT1、RT2、RT3 为对应于 T1、T2、T3 时的热敏电阻值,可通过实验求取。

11、f1、f2、f3 对应于 RT 为 RT1、RT2、RT3 时电路的输出频率，可按线性化设计要求根据测温范围预先给定。据此，即可算出电路的参数 Rm、Rn 和 C值。具体电路如图7-29所示。 这里采用 RRC7B 型热敏电阻，其阻值为 RT25 10K ，当温度在0 100 变化时，输出频率在 1 000Hz2 000 Hz之间变化，非线性误差最大为 1.5% 。7-4 热敏电阻 五、热敏电阻器的应用（补充） 热敏电阻器的用途主要分成两大类，一类是作为检测元件，另一类是作为电路元件。从元件的电负荷观点来看，热敏电阻工作在伏安特性曲线 Oa 段时(见图7-24），流过热敏电阻的电流很小。当外界

12、温度发生变化时，尽管热敏电阻的耗散系数也发生变化，但电阻体温度并不发生变化，而接近环境温度。属于这一类的应用有温度测量、各种电路元件的温度补偿、空气的湿度测量、热电偶冷端温度补偿等。热敏电阻工作在伏安特性曲线 bc 段（见图7-24），热敏电阻伏安特性曲线峰值电压 Um随环境温度和耗散系数的变化而化。利用这个特性，可用热敏电阻器做各种开关元件。热敏电阻工作在其伏安特性曲线 cd 段时(见图7-24)，热敏电阻由于所施加的耗散功率使电阻体温度大大超过环境温度，这一区域内热敏电阻器用作低频振荡器、起动电阻、时间继电器以及用于流量测量。7-4 热敏电阻五、热敏电阻器的应用（补充）7-4 热敏电阻 下

13、面介绍 NTC 和 PTC 热敏电阻的几个主要应用实例。 在测温方面的应用 （温度传感器应用） 热敏电阻具有比较大的电阻温度系数，因而利用热敏电阻器组成的线路来测量温度，可比一般电气测量仪表具有更高的灵敏度。其测量原理及电路见图7-26。 在温度补偿方面的应用 将热敏电阻器用于温度补偿，是其应用的又一重要方面。温度补偿的工作原理是利用热敏电阻的电阻温度特性来补偿电路中某些具有相反电阻温度系数的元件，从而改善该电路对环境温度变化的适应能力。 图7-30是利用负温度系数热敏电阻 Rt来补偿晶体管温度特性的一个实例。当温度升高使晶体管集电极电流 Ie 增加，同时由于温度升高也使 NTC热敏电阻器 R

14、t 阻值相应地减小，则晶体管基极电位 Ub下降，从而使基极电流 Ib减小，达到稳定静态工作点的目的。7-4 热敏电阻 下面介绍 NTC 和 PTC 热敏电阻的几个主要 在温度控制线路中的应用 热敏电阻器在大负载工作时，在线路中产生继电效应，利用热敏电阻器的这种继电效应，可以将它用在热控制系统和火灾报警设备中作灵敏元件。 在温度控制中热敏电阻器常与继电器或与相应的信号保护装置的电磁线圈相连用。把热敏电阻器放在要控制的地方，当温度改变时，引起热敏电阻器阻值剧变，发生继电效应，电流雪崩式地增加，该电流经过放大或直接流经继电器使之动作，从而达到控制温度目的。 图7-31(a)所示是热敏电阻器在控温线路

15、中应用的简化电路。图中 Rt为热敏电阻器，r为继电器绕阻或受控电器的等效电阻, U0为电路上的设定电压。图7-31(b)所示是环境温度与产生继电效应的关系。7-4 热敏电阻 在温度控制线路中的应用7-4 热敏电阻图中看出它是由热敏电阻器伏安特性曲线的点 b 作切线与纵坐标轴相交于U0 点，该切线与横坐标轴夹角的正切值即为电路中的 r 值。若选用继电器绕阻的电阻值小于 r 值，可以在电路中串接一个相应的电阻以保证工作电压维持在U0。图中曲线1、2和3是在不同环境温度为 T1、T2 和 T3(T1T2T3)时的伏安特性曲线。在环境温度为 T1 时，电路中的电流值由直线 U0A 和曲线 1 的交点

16、a 确定，当环境温度升高时，伏安特性的最大值下降；在某一温度 T2 时，直线 U0A与曲线 2 相切于 b点并与之相交于 c 点，这时电路中发生继电效应，电流雪崩式地由 Ib增大到 Ic；当温度继续升高时，电路中的电流继续增大，伏安特性峰值下降，直线 U0A 与曲线 3 相交于 d 点，此时的电流为 Id。 继电器工作在发生继电效应的 bc 区段，这时电路的 r = (Ub-Uc)/(Ic-Ib)，电源电压 U0=(UbIb-UcIc)/(Ic-Ib)，继电器绕阻中产生的功率 P=Ic2r。这里的计算功率 P 应比继电器的起动功率至少要大 15%20%，才能保证继电器可靠地动作。7-4 热敏电阻图中看出它是由热敏电阻器伏安特性曲线的点 b 作切线与纵坐 热敏电阻器的继电效应还可用在延时电路中。继电器的电流随时间变化的特性如图732所示，当环境温度为 T1 时，继电器的电流稳定于 Ia，当环境温度增加至 T2时，继电器的电流将逐步增加至 Ib 后急剧增加，并越