热敏电阻传感器最终.pptx
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1、会计学1热敏电阻传感器最终热敏电阻传感器最终2初识热敏电阻传感器初识热敏电阻传感器篇篇第1页/共40页3一一 认识热敏电阻认识热敏电阻第2页/共40页4热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率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随温度变化而变化的性质制成的。在在温温度度传传感感器器中中应应用用最最多多的的有有热热电电偶偶、热热电电阻阻(如如铂铂、铜铜电电阻阻温温度度计计等等)和和热热敏敏电电阻阻。热热敏敏电电阻阻发发展展最最为为迅迅速速,由由于于其其性性能能得得到到不不断断改改进进,稳稳定定性性已已大大为为提提高高,在在许许多多场场合合下下(-40350)热热敏敏电电阻
2、阻已已逐逐渐渐取取代代传传统统的的温温度度传传感器。感器。第3页/共40页5 早在1837年人们就发现Ag2S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VO2,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。第4页/共40页6二、热敏电阻的结构和二、热敏电阻的结构和特点特点玻璃壳玻璃壳热敏电阻热敏电阻引线引线(a a)珠状)珠状)珠状)珠状(b b)片状)片状)片状)片状(c c)杆状)杆状)杆状)杆状(d d)垫圈状)垫圈状)垫圈状)垫圈状金属氧化物:钴金属氧化物:钴金属氧化物:钴金属氧化物:钴CoCo、锰、锰、锰
3、、锰MnMn、镍、镍、镍、镍NiNi等的氧化物等的氧化物等的氧化物等的氧化物采用不同比例配方、高温烧结而成。采用不同比例配方、高温烧结而成。采用不同比例配方、高温烧结而成。采用不同比例配方、高温烧结而成。第5页/共40页7热敏电阻的特点热敏电阻的特点1 1灵灵敏敏度度高高。通通常常温温度度变变化化11阻阻值值变变化化约约1%1%6%6%,电电阻阻温温度度系系数数的的范范围围甚甚宽宽,绝绝对值比一般金属电阻大对值比一般金属电阻大1010100100倍。倍。2 2材料加工容易、性能好材料加工容易、性能好3 3阻阻值值在在1110M10M之之间间可可供供自自由由选选择择,使用方便。使用方便。4 4稳
4、定性好稳定性好5 5原料资源丰富,价格低廉原料资源丰富,价格低廉6.6.主要缺点是其阻值与温度变化呈非线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。性关系。原件稳定性和互换性较差。第6页/共40页8 三三 热敏电阻的基本参数热敏电阻的基本参数1.1.标称电阻标称电阻R R2525(冷阻)(冷阻)标标称称电电阻阻是是热热敏敏电电阻阻在在2525时时的的阻阻值值。标标称称电电阻阻大小由热敏电阻材料和几何尺寸决定。大小由热敏电阻材料和几何尺寸决定。2.2.材料常数材料常数B BN N表征负温度系数表征负温度系数(NTC)(NTC)材料的物理特性常数。材料的物理特性常数。B BN
5、N值决定值决定于材料的激活能于材料的激活能 E E,B BN N值随温度升高略有增加。值随温度升高略有增加。3.3.电阻温度系数电阻温度系数t(%/)(%/)热热敏敏电电阻阻的的温温度度变变化化1 1 时时其其阻阻值值变变化化率率与与其其值值之比。之比。第7页/共40页94.4.耗散系数耗散系数热敏电阻器温度变化热敏电阻器温度变化11所耗散的功率。所耗散的功率。其大小与热敏电阻的结构、形状以及所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。处介质的种类、状态等有关。5.时间常数时间常数 在零功率测量状态下,当环在零功率测量状态下,当环境温度突变时电阻器的温度境温度突变时电阻器的温
6、度变化量从开始到最终变量的变化量从开始到最终变量的63.2所需的时间。时间常所需的时间。时间常数表征热敏电阻加热或冷却数表征热敏电阻加热或冷却的速度。的速度。第8页/共40页106.6.最高工作温度最高工作温度T Tmaxmax 热热敏敏电电阻阻在在规规定定的的技技术术条条件件下下长长期期连连续续工工作作所所允允许的最高温度许的最高温度 7 7 额定功率额定功率PEPE 热敏电阻器在规定的条件下,长期连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。在此续负荷工作所允许的消耗功率。在此功率下功率下,它自身温度不应超过它自身温度不应超过TmaxTmax8 8 测量功率测量功率P0P0
7、 热敏电阻器在规定的环境温度下热敏电阻器在规定的环境温度下,受到受到测量电流加热而引起的电阻值变化不测量电流加热而引起的电阻值变化不超过超过0.10.1时所消耗的功率。时所消耗的功率。第9页/共40页11 1 1正温度系数热敏电阻器(正温度系数热敏电阻器(PTCPTC)Positive Temperature CoefficientPositive Temperature Coefficient 2 2负温度系数热敏电阻器(负温度系数热敏电阻器(NTCNTC)Negative Temperature CoefficientNegative Temperature Coefficient 3 3
8、突变型负温度系数热敏电阻器(突变型负温度系数热敏电阻器(CTRCTR)Chop Temperature ResistorChop Temperature Resistor四四 热敏电阻的分类热敏电阻的分类 第10页/共40页12走进热敏电阻传感器的世界篇走进热敏电阻传感器的世界篇 热敏电阻的特性热敏电阻的特性第11页/共40页13(一)热敏电阻器的电阻(一)热敏电阻器的电阻温度特性(温度特性(R RT TT T)12340601201600100101102103104105106RT/温度T/C热敏电阻的电阻热敏电阻的电阻-温度特性曲温度特性曲线线1-NTC;2-CTR;3PTCTT与与RT
9、T特特性曲线一致。性曲线一致。T/第12页/共40页14R RT T、R RT0T0温度为温度为T T、T T0 0时热敏电阻器的电阻值;时热敏电阻器的电阻值;B BN N NTC NTC热敏电阻的材料常数。热敏电阻的材料常数。由由测测试试结结果果表表明明,不不管管是是由由氧氧化化物物材材料料,还还是是由由单单晶晶体体材材料料制制成成的的NTCNTC热热敏敏电电阻阻器器,在在不不太太宽宽的的温温度度范范围围(小于(小于450450),都能利用该式,它仅是一个经验公式。),都能利用该式,它仅是一个经验公式。1 1 负电阻温度系数负电阻温度系数(NTC)(NTC)热敏电阻器的温度特性热敏电阻器的温
10、度特性NTC的电阻的电阻温度关系的一般数学表达式为:温度关系的一般数学表达式为:第13页/共40页15为为了了使使用用方方便便,常常取取环环境境温温度度为为25作作为为参参考考温温度度(即即T0=25),则则NTC热热敏敏电电阻阻器器的的电电阻阻温温度度关关系系式:式:02550751001250.511.522.533.5(25C,1)RT/RT0-T特性曲线RT/R25T/第14页/共40页162.2.正温度系数(正温度系数(PTCPTC)热敏电阻器的电阻)热敏电阻器的电阻温度特性温度特性其其特特性性是是利利用用正正温温度度热热敏敏材材料料,在在居居里里点点附附近近结结构构发发生相变引起导
11、电率突变来取得的,典型特性曲线如图生相变引起导电率突变来取得的,典型特性曲线如图104103102100100200PTC热敏电阻器的电阻温度曲线T/C电阻/Tp1Tp2第15页/共40页17 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TP1和TP2.当温度低于TP1时,温度灵敏度低;当温度升高到TP2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TP1至TP2内存在温度TC,对应有较大的系数T。第16页/共40页18经实验证实:在工作温度范围内,正温度系数热敏电经实验证实:在工作温度范围内,正温度系数热敏电阻
12、器的电阻阻器的电阻温度特性可近似用下面的实验公式表示:温度特性可近似用下面的实验公式表示:式中式中RT、RT0温度分别为温度分别为T、T0时的电阻值;时的电阻值;BP正温度系数热敏电阻器的材料常数。正温度系数热敏电阻器的材料常数。若对上式取对数,则得:若对上式取对数,则得:以以lnRT、T分别作为纵坐标和横坐标,得到下图。分别作为纵坐标和横坐标,得到下图。第17页/共40页19)可见:可见:正温度系数热敏电阻器的电阻温度系数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正好等于它的材料常数BP的值。的值。lnRr1lnRr2BPmRBP=tg=mR/mrT1T2lnRr0mrln
13、RTT 表示的表示的PTC热敏电阻器电阻热敏电阻器电阻温度曲线温度曲线lnRrT若对上式微分,可得若对上式微分,可得PTC热敏电阻的电阻温度系数热敏电阻的电阻温度系数tp第18页/共40页20(NTC)(NTC)电阻网络(线性化网络):精密电阻与热敏电阻串、电阻网络(线性化网络):精密电阻与热敏电阻串、电阻网络(线性化网络):精密电阻与热敏电阻串、电阻网络(线性化网络):精密电阻与热敏电阻串、并联并联并联并联 二、热敏电阻的线性化二、热敏电阻的线性化处理处理A第19页/共40页21 串联法串联法ATR第20页/共40页22 并联法并联法TR第21页/共40页23 abcdUmU0I0ImU/V
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