热敏电阻传感器-最终课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,热敏电阻温度传感器,姓名：苏衍保，倪希同,班级：14级 控制理论与控制工程 3班,学院：电气与自动化工程学院,1,热敏电阻温度传感器姓名：苏衍保，倪希同1,初识热敏电阻传感器篇,2,初识热敏电阻传感器篇2,一 认识热敏电阻,3,一 认识热敏电阻3,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,、,热电阻,（如铂、铜电阻温度计等）和,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（,-,40,350,）热敏电阻已逐渐取代传统的温度传感器。,4,热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化,早在1837年人们就发现Ag,2,S的电导率随温度的改变而变化这一现象。最早用来制造热敏电阻的是VO,2,，美国贝尔实验室早在1940年左右利用Mn、Co、Ni、Cu等金属氧化物研制出工艺简单、性能良好的热敏电阻器。,5,早在1837年人们就发现Ag2S的电导率随温度的改变而,二、热敏电阻的结构和特点,玻璃壳,热敏电阻,引线,（,a,）珠状 （,b,）片状 （,c,）杆状 （,d,）垫圈状,金属氧化物：钴,Co,、锰,Mn,、镍,Ni,等的氧化物,采用不同比例配方、高温烧结而成。,6,二、热敏电阻的结构和特点玻璃壳热敏电阻引线（a）珠状,热敏电阻的特点,1,灵敏度高。通常温度变化,1,阻值变化约,1%,6%,，电阻温度系数的范围甚宽，绝对值比一般金属电阻大,10,100,倍。,2,材料加工容易、性能好,3,阻值在,1,10M,之间可供自由选择，使用方便。,4,稳定性好,5,原料资源丰富，价格低廉,6.,主要缺点是其阻值与温度变化呈非线性关系。原件稳定性和互换性较差。,7,热敏电阻的特点7,三 热敏电阻的基本参数,标称电阻,R,25,（冷阻）,标称电阻是热敏电阻在,25,时的阻值。标称电阻大小由热敏电阻材料和几何尺寸决定。,2.,材料常数,B,N,表征负温度系数,(NTC),材料的物理特性常数。,B,N,值决定于材料的激活能,E,，,B,N,值随温度升高略有增加。,3.,电阻温度系数,t,(%/),热敏电阻的温度变化,1,时其阻值变化率与其值之比。,8,三 热敏电阻的基本参数标称电阻R25（冷阻）3.电阻温,4.耗散系数,热敏电阻器温度变化1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。,5,.时间常数,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63.2所需的时间。时间常数表征热敏电阻加热或冷却的速度。,9,4.耗散系数热敏电阻器温度变化1所耗散的功率。其大小与热,6.,最高工作温度,T,max,热敏电阻在规定的技术条件下长期连续工作所允许的最高温度,7 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,8 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。,10,6.最高工作温度Tmax7 额定功率PE10,1,正温度系数热敏电阻器（,PTC,）,Positive Temperature Coefficient,2,负温度系数热敏电阻器（,NTC,）,Negative Temperature Coefficient,3,突变型负温度系数热敏电阻器（,CTR,）,Chop Temperature Resistor,四 热敏电阻的分类,11,1正温度系数热敏电阻器（PTC）四 热敏电阻的分类 1,走进热敏电阻传感器的世界篇 热敏电阻的特性,12,走进热敏电阻传感器的世界篇,（一）热敏电阻器的电阻,温度特性（,R,T,T,）,1,2,3,40,60,120,160,0,10,0,10,1,10,2,10,3,10,4,10,5,10,6,R,T,/,温度,T/,C,热敏电阻的电阻,-,温度特性曲线,1,-,NTC,；,2,-,CTR,；,3 PTC,T,T,与,R,T,T,特性曲线一致。,T,/,13,（一）热敏电阻器的电阻温度特性（RTT）1234,R,T,、,R,T0,温度为,T,、,T,0,时热敏电阻器的电阻值；,B,N,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),热敏电阻器的温度特性,NTC,的电阻,温度关系的一般数学表达式为：,14,RT、RT0温度为T、T0时热敏电阻器的电阻值；1 负,为了使用方便，常取环境温度为,25,作为参考温度（即,T,0,=25,），则,NTC,热敏电阻器的电阻,温度关系式：,0,25,50,75,100,125,0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5,(25C,1),R,T,/R,T0,-,T,特性曲线,R,T,/,R,25,T/,15,为了使用方便，常取环境温度为25作为参考温度（即T0=25,2.,正温度系数（,PTC,）热敏电阻器的电阻,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生相变引起导电率突变来取得的，典型特性曲线如图,10,4,10,3,10,2,10,0,100,200,PTC,热敏电阻器的电阻,温度曲线,T,/C,电阻,/,T,p1,T,p2,16,2.正温度系数（PTC）热敏电阻器的电阻温度特性其特性是利,正温度系数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，其横坐标即温度分别为T,P1,和T,P2,.当温度低于T,P1,时，温度灵敏度低；当温度升高到T,P2,后，电阻值随温度升高按指数规律迅速增大。正温度系数热敏电阻在工作温度范围T,P1,至T,P2,内存在温度T,C,，对应有较大的系数,T。,17,正温度系数热敏电阻的工作温度范围较窄，在工作区两,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,R,T,、,R,T0,温度分别为,T,、,T,0,时的电阻值；,B,P,正温度系数热敏电阻器的材料常数。,若对上式取对数，则得：,以,ln,R,T,、,T,分别作为纵坐标和横坐标，得到下图。,18,经实验证实：在工作温度范围内，正温度系数热敏电阻,）,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,B,P,的值。,ln,R,r1,ln,R,r2,B,P,m,R,B,P,=,tg,=m,R,/m,r,T,1,T,2,lnR,r0,m,r,ln,R,T,T,表示的,PTC,热敏电阻器电阻,温度曲线,ln,R,r,T,若对上式微分，可得,PTC,热敏电阻的电阻温度系数,tp,19,可见：正温度系数热敏电阻器的电阻,(NTC)电阻网络（线性化网络）：精密电阻与热敏电阻串、并联,二,、,热敏电阻,的线性化处理,A,20,(NTC)电阻网络（线性化网络）：精密电阻与热敏电阻串、并联,串联法,A,T,R,21,串联法ATR21,并联法,T,R,22,并联法TR22,a,b,c,d,U,m,U,0,I,0,I,m,U,/V,I,/mA,NTC,热敏电阻的静态伏安特性,二、热敏电阻器的伏安特性（,U,I,）,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,T,0,时的静态介质中测出的静态,U,I,曲线,.,热敏电阻的端电压,U,T,和通过它的电流,I,有如下关系：,T,0,环境温度；,T,热敏电阻的温升。,23,abcdUmU0I0ImU/VI/mANTC热敏电阻的,上,图表明：当电流很小时，元件的功耗小，电流不足以引起热敏电阻发热，元件的温度基本上就是环境的温度T,0,在这种情况下，热敏电阻相当于一个固定电阻，电压与电阻之间的关系符合欧姆定律，所以Oa段为线性工作区域。随着电流的增加，热敏电阻的耗散功率增加，使工作电流引起热敏电阻的自然温升超过介质温度，则热敏电阻的阻值下降。当电流继续增加时，电压的增加却逐渐缓慢，因此出现非线性正阻区ab段。当电流为Im时，其电压达到最大Um。若电流继续增加，热敏电阻自身加温更剧烈，使其阻值迅速减小，其阻值减小的速度超过电流增加的速度，因此热敏电阻的电压降随电流的增加而降低，形成cd段负阻区。当电流超过某一允许值时，热敏电阻将被烧坏。,24,上图表明：当电流很小时，元件的功耗小，电流不足以引起热敏,电流较小：线性，欧姆定律,电流增加：阻值减小、非线性,电流较大：阻值减小超过电流增加,25,电流较小：线性，欧姆定律电流增加：阻值减小、非线性电流较大：,10,4,10,3,10,2,10,1,10,5,U,m,10,1,10,2,10,3,10,0,10,-1,I,m,PTC,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,26,104103102101105Um101102103100,如图所示，它与负温度系数热敏电阻一样，曲线的起始端为直线，其斜率与热敏电阻在环境温度下的电阻值相等。这是因为流过的电流很小时，耗散功率引起的温升可以忽略不计的缘故。当热敏电阻的温度超过环境温度时，引起阻值增大，曲线开始弯曲，当电压增值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的速度超过电压增加的速度，电流反而减小，曲线斜率由正变负。,27,如图所示，它与负温度系数热敏电阻一样，曲线,三、功率,-,温度特性（,P,T,T,）,描述热敏电阻器的电阻体与外加功率之间的关系,与电阻器所处的环境温度、介质种类和状态等相关。,四、热敏电阻器的动态特性,热敏电阻器的电阻值的变化完全是由热现象引起的。因此，它的变化必然有时间上的滞后现象。这种电阻值随时间变化的特性，叫做热敏电阻器的动态特性。,动态特性种类：,周围温度变化所引起的加热特性；,周围温度变化所引起的冷却特性；,热敏电阻器通电加热所引起的自热特性。,28,三、功率-温度特性（PTT）周围温度变化所引起的加热特,走进热敏电阻传感器的世界篇之三,29,走进热敏电阻传感器的世界篇之三29,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,（一）检测和电路用的热敏电阻器,（,U,m,峰值电压）,检测用,的热敏电阻在仪表中的应用,一、热敏电阻器的应用,30,伏安特性在仪器仪表中的应用 U m 的左边温度计、温度差计、,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,测温用的热敏电阻器，其工作点的选取，由热敏电阻的伏安特性决定。,伏安特性,的位置,31,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,热电式继电器,J,T,正常：,Rt,较大、,BG,不导通、,J,不吸合,T,升高：,Rt,减小、,BG,导通、,J,吸合,应用：电机过热保护,32,热电式继电器JT正常：Rt 较大、BG不导通、T升高：Rt,温度检测用的各种热敏电阻器探头,1,热敏电阻；,2,铂丝；,3,银焊；,4,钍镁丝；,5,绝缘柱；,6,玻璃,（二）测温用的热敏电阻器,1,、各种热敏电阻传感器结构,33,温度检测用的各种热敏电阻器探头（二）测温用