温敏电阻及其在传感器中的应用教学PPT.ppt

温敏电阻-原理部分,学习目的,了解温敏传感器掌握热敏电阻的温度特性热敏电阻的结构热敏电阻的主要参数热敏电阻的线性化,温敏传感器,温敏传感器是将温度变化转换为电量变化的装置。利用敏感元件的电磁参数随温度变化而变化的特 征达到测量目的。热电偶传感器：热电阻传感器：热电阻：金属热电阻式传感器 热敏电阻：半导体热电阻式传感器,温敏传感器基本概念,热敏电阻,热敏电阻是由一些金属氧化物，如钴、锰、镍等的氧化物，采用不同比例的配方，经高温烧结而成，錰后采用不同的封装制成珠片。片状、杆状等各种形状，主要由热敏元件、引线和壳体组成。其特点是电阻随温度变化而显著变化，能直接将温 度的变化转换为电量的变化,什么是热敏电阻,热敏电阻结构,热敏电阻结构形式,1、热敏电阻 2、玻璃壳 3、引线,热敏电阻的分类,热敏电阻的成品外形,温度补偿型热敏电阻(NTC),功率型热敏电阻(NTC),电子体温计用热敏电阻(NTC),线性热敏电阻(PTC),电机延时启动热敏电阻(PTC),过热保护型热敏电阻(PTC),热电偶和热电阻的区别,原理与特点不同：热电偶的测温原理是基于热电效应;热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。信号性质不同：热电阻产生的是阻值变化；热电偶是产生感应电压的变化。材料不同：热电阻是半导体材料；热电偶是双金属材料。工作中的现场判断不同：热电阻用万用表判断短路和断路即可；热电偶有正负极、补偿导线也有正负之分,热敏电阻的工作原理,热敏电阻的主要参数,标称电阻值RH 在环境温度为250.2时测得的电阻值，又称冷电阻。其大小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。耗散系数H 指热敏电阻的温度与周围介质的温度相差1时热敏电阻所耗散的功率，单位为mW/；热容量C 热敏电阻的温度变化1所需吸收或释放的热量，单位为J；,热敏电阻的主要参数,能量灵敏度G（W）使热敏电阻的阻值变化1所需耗散的功率。时间常数 温度为T0的热敏电阻突然置于温度为T 的介质中，热敏电阻的温度增量T=0.63(TT0)时所需的时间。额定功率PE 在标准压力（750mmHg）和规定的最高环境温度下，热敏电阻长期连续使用所允许的耗散功率，单位为W。在实际使用时，热敏电阻所消耗的功率不得超过额定功率,热敏电阻的温度特性,热敏电阻的分类,负电阻温度系数热敏电阻 NTC,正电阻温度系数热敏电阻 PTC,临界温度系数热敏电阻 CTR,按半导体电阻随温度变化的特性分为三类,分类,按其阻值随温度变化的大小可分为缓变型(即线性)和突变型(即非线性),热敏电阻的温度特性,热敏电阻特性曲线图,热敏电阻的温度特性,NTC测温原理及特性,热敏电阻的温度特性,热敏电阻的温度特性,热敏电阻的温度特性,热敏电阻的温度特性,在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I与其两端的电压U之间的关系，,伏安特性,热敏电阻的温度特性,当流过热敏电阻的电流很小时:不足以使之加热。电阻值只决定于环境温度，伏安特性是直线,遵循欧姆定律。主要用来测温。当电流增大到一定值时：流过热敏电阻的电流使之加热，本身温度升高，出现负阻特性。因电阻减小，即使电流增大，端电压反而下降。其所能升高的温度与环境条件(周围介质温度及散热条件)有关。当电流和周围介质温度一定时，热敏电阻的电阻值取决于介质的流速、流量、密度等散热条件。可用它来测量流体速度和介质密度。,热敏电阻的温度特性,PTC热敏电阻通常是在钛酸钡陶瓷中加入施主杂质以增大电阻温度系数。它的温度-电阻特性曲线呈非线性。PTC热敏电阻是利用PTC热敏材料在居里点附近结构发生相变引起电导率突变获得的。温度低于Tc时，晶界处的负电荷被极化电荷部分抵消，使得势垒高度大幅降低，晶界呈低阻状态；高于Tc时，自发极化消失，晶界处的负电荷无法得到极化电荷势垒处于高位，晶界呈高阻状态。材料整体电阻急剧升高。,PTC测温原理及特性,热敏电阻的温度特性,热敏电阻的温度特性,它在电子线路中多起限流、保护作用。当流过PTC的电流超过一定限度或PTC感受到的温度超过一定限度时，其电阻值突然增大。不同反应的PTC热敏电阻还可以串联在一起，实行不同点的温度保护,热敏电阻的温度特性,CTR测温原理及特性,CTR具有负电阻突变特性，在某一温度下，电阻值随温度的增加激具减小，具有很大的负温度系数。构成的材料是钡、钡、锶、磷等幸元素氧化物的混合烧结体，是半玻璃状的半导体。聚变温度随添加锗、钨、钼等氧化物而变。这是由于不同杂质的掺入，使氧化钒的晶格间隔不同造成的。CTR的阻温跃变在温度探测和控制、电路的过热保护、建筑物的火灾报警、致冷设备、振荡器、固态无触点开关等方面都得到了广泛的应用。,热敏电阻的温度特性,优点：热敏电阻尺寸小，热惯性小、结构简单，可根据不同要求制成各种形状；响应速度快、灵敏度高化学稳定性好、机械性能好、价格低廉、使用方便、寿命长，易于远距离测量。缺点：电阻随温度变化曲线为非线性，且同一型号电阻的产品性参数有较大差别，难于互相代换，即复现性和互换性差，非线性严重。,热敏电阻的优点和缺点,热敏电阻输出特性的线性化处理,热敏电阻值随温度变化呈指数规律，也就是说，其非线性十分严重，在需要扩大测温范围和提高测量精度时，要线性变换时，就应当考虑其线性化处理。常用的方法有如下几种：1、线性化网络2、计算修正法3、利用温度-频律转换电路改善非线性,热敏电阻输出特性的线性化处理,用温度系数很小的精密电阻与热敏电阻串联或并联构成电阻网络代替单个热敏电阻，其等效电阻与温度呈一定的线性关系。,线性化网络,热敏电阻输出特性的线性化处理,热敏电阻输出特性的线性化处理,线性化后的输出曲线,串联电阻后的输出,并联电阻后的输出,热敏电阻输出特性的线性化处理,并联补偿的线性电路常用于电桥测温电路，如下图：,热敏电阻输出特性的线性化处理,计算修正法,电子线路（硬件）法,程序（软件）法,在带有微处理机的测量系统中，就可以用软件对传感器进行处理。当已知热敏电阻的实际特性要求的理想特性时，可采用线性插值等方法将特性分段并把分段点的值存放在计算机的内存中，计算机将根据热敏电阻的实际输出值进行校正计算，给出要求的输出值,热敏电阻输出特性的线性化处理,利用RC电路充放电过程的指数函数和热敏电阻的指数函数相比较的方法来改善热敏电阻的非线性,利用温度频率转换电路改善非线性,热敏电阻输出特性的线性化处理,两个电压作比较，触发延时电路，当温度恒定时，输出相应的频率信号，当温度改变时，输出信号频率相应变化，从而实现温度到脉冲频率的转换。已达到测量温度的目的。,下图所示的四根曲线分别为哪一种类型的热敏电阻？,1-CTR 2-NTC 3,4-PTC,思考题,