【文章內容簡介】 一段距離，因此熱電阻的引線對測量結果有較大的影響。 熱電阻內部引線方式有兩線制、 三線制和四線制三種，如圖所示。兩線制中引線電阻對測量影響大，用于測溫精度不高場合。三線制可以減小熱電阻與測量儀表之間連接導線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測量誤差。四線制可以完全消除引線電阻對測量的影響，用于高精度溫度檢測。 內部引線方式 熱電阻的測量方法有恒壓法和恒流法兩種。恒壓法就是保持熱電阻兩端的電壓恒定，測量電流變化的方法。恒流法就是保持流經熱電阻的電流恒定，測量其兩端電壓的方法。恒壓法的電路簡單，并且組成橋路就可進行溫漂補償，使用廣泛。但電流與鉑熱電阻的阻值變化成反比，當用于很寬的測溫范圍時，要特別注意線性化問題。恒流法的電流與鉑熱電阻的阻值變化成正比，線性化方法簡便，但要獲得準確的恒流源，電路比較復雜。 （四）熱敏電阻溫度傳感器 熱敏電阻是利用某種半導體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質制成的，其材料分類見表。 大分類 小分類 代表例子 NTC 單晶 金剛石、 Ge、 Si 金剛石熱敏電阻 多晶 遷移金屬氧化物復合燒結體、無缺陷形金屬氧化燒結體、多結晶單體 、固溶體形多結晶氧化物 SiC系 Mn、 Co、 Ni、 Cu、 Al氧化物燒結體，ZrY氧化物燒結體，還原性 TiO Ge、 Si、Ba、 Co、 Ni氧化物濺射 SiC薄膜 玻璃 Ge、 Fe、 V等氧化物硫硒碲化合物玻璃 V、 P、 Ba氧化物， Fe、 Ba、 Cu氧化物， Ge、Na、 K氧化物，（ As2Se3） 、（ Sb2SeI） 有機物 芳香族化合物 聚酰亞釉 表面活性添加劑 液體 電解質溶液 熔融硫硒碲化合物 水玻璃 As、 Se、 Ge系 熱敏電阻材料的分類 (１ ) 大分類 小分類 代表例子 PTC 無機物 BaTiO3系 Zn、 Ti、 Ni氧化物系 Si系、硫硒碲化合物 （ Ba、 Sr、 Pb） TiO3燒結體 有機物 石墨系有機物 石墨、塑料 石蠟、聚乙烯、石墨 液體 三乙烯醇混合物 三乙烯醇、水、 NaCl CTR 氧化物 V、 Ti氧化物系， Ag2S、（ AgCu）、 （ ZnCdHg） BaTiO3單晶 V、 P、（ BaSr） 氧化物， Ag2S–CuS 熱敏電阻材料的分類 (２ ) 在溫度傳感器中應用最多的有熱電偶、熱電阻（如鉑、銅電阻溫度計等）和熱敏電阻。熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場合下（ 40～＋ 350 ℃ ）熱敏電阻已逐漸取代了傳統(tǒng)的溫度傳感器。 （ 1）熱敏電阻的特點 ①電阻溫度系數(shù)的范圍非常寬 有正、負溫度系數(shù)和在某一特定溫度區(qū)域內阻值突變的三種熱敏電阻元件。電阻溫度系數(shù)的絕對值比金屬大 10～100倍。 ②材料加工容易、性能好 可根據(jù)使用要求加工成各種形狀，特別是能夠做到小型化。目前，最小的珠狀熱敏電阻直徑僅為 mm。 ③阻值在 1～ 10M之間可供自由選擇 使用時，一般可不必考慮線路引線電阻的影響。由于其功耗小，故不需采取冷端溫度補償，所以適合用于遠距離測溫和控溫。 ④ 穩(wěn)定性好 商品化產品已有 30多年歷史，加之近年來在材料與工藝上不斷得到改進。據(jù)報道，在 ℃ 的小溫度范圍內，其穩(wěn)定性可達 ℃ 的精度。相比之下，優(yōu)于其他各種溫度傳感器。 ⑤原料資源豐富，價格低廉 燒結表面均已經玻璃封裝，故可用于較惡劣環(huán)境條件。另外，由于熱敏電阻材料的遷移率很小，故其性能受磁場影響很小，這是十分可貴的特點。 （ 2）熱敏電阻的分類 熱敏電阻的種類很多，分類方法也不相同。按熱敏電阻的阻值與溫度關系這一重要特性可將熱敏電阻分為以下幾種： ① 正溫度系數(shù)熱敏電阻器（ PTC） 電阻值隨溫度升高而增大的熱敏電阻器，簡稱 PTC熱敏電阻器。它的主要材料是摻雜 BaTiO3的半導體陶瓷。 ②負溫度系數(shù)熱敏電阻器（ NTC） 電阻值隨溫度升高而下降的熱敏電阻器，簡稱 NTC熱敏電阻器。它的主要材料是一些過渡金屬氧化物半導體陶瓷。 ③突變型負溫度系數(shù)熱敏電阻器（ CTR） 該類電阻器的電阻值在某特定溫度范圍內隨溫度升高而降低 3～ 4個數(shù)量級，即具有很大負溫度系數(shù)。其主要材料是VO2并添加一些金屬氧化物。 （ 1）標稱電阻值（ R25） 標稱電阻值是熱敏電阻在 25177。 ℃ 時的阻值。 （ 2）材料常數(shù) BN 材料常數(shù)是表征負溫度系數(shù) (NTC)熱敏電阻器材料的物理特性常數(shù)。 BN值取決于材料的激活能 ΔE，具有 BN=ΔE／ (2K)的函數(shù)關系，式中 K為波爾茲曼常數(shù)。一般 BN值越大，則電阻值越大，絕對靈敏度越高。在工作溫度范圍內， BN值并不是一個常數(shù)，而是隨溫度的升高略有增加的。 （ 3）電阻溫度系數(shù)（ %/℃ ） 電阻溫度系數(shù)是指熱敏電阻的溫度變化 1℃ 時電阻值的變化率。 （ 4）耗散系數(shù)（ H） 耗散系數(shù)是指熱敏電阻溫度變化 1℃ 所耗散的功率變化量。在工作范圍內，當環(huán)境溫度變化時， H值隨之變化，其大小與熱敏電阻的結構、形狀和所處介質的種類及狀態(tài)有關。 （ 5）最高工作溫度（ Tmax） 最高工作溫度是指熱敏電阻在規(guī)定的技術條件下長期連續(xù)工作所允許的最高溫度，可表示為 式中， T0為環(huán)境溫度； PE為環(huán)境溫度為 T0時的額定功率； H為耗散系數(shù)。 HPTT E /0m a x ?? （ 6）最低工作溫度（ Tmin） 最低工作溫度是指熱敏電阻在規(guī)定的技術條件下能長期連續(xù)工作的最低溫度。 （ 7）轉變點溫度（ TC） 拐點溫度，主要指正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度熱敏電阻。 （ 8）穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指熱敏電阻在各種氣候、機械、電氣等使用環(huán)境中，保持原有特性的能力。它可用熱敏電阻的主要參數(shù)變化率來表示。最常用的是以電阻值的年變化率或對應的溫度變化率來表示。 （ 9）最大加熱電流（ Imax） 最大加熱電流是指旁熱式熱敏電阻上允許通過的最大電流。 （ 10）標稱工作電流（ I） 標準工作電流是指在環(huán)境溫度 25 ℃ 時，旁熱式熱敏電阻的電阻值被穩(wěn)定在某一規(guī)定值時加熱器內的電流。 （ 11）標稱電壓 標稱電壓是指穩(wěn)壓熱敏電阻在規(guī)定溫度下標稱工作電流所對應的電壓值。 （ 12）元件尺寸 元件尺寸是指熱敏電阻的截面積 A、電極間距離 L和直徑 d。 性 （ 1）熱敏電阻的電阻 —溫度特性（ RTT） 熱敏電阻的電阻 — 溫度特性曲線如圖所示，ρTT與 RTT特性曲線一致。 熱敏電阻的電阻 溫度特性曲線 ①負電阻溫度系數(shù) (NTC) 熱敏電阻的溫度特性 NTC的電阻 溫度關系的一般數(shù)學表達式為 ????????????????011e xp0 TTBRRNTT0ln)11(ln0TnT RTTBR ???式中 RT、 RT0——溫度為 T、 T0時熱敏電阻器的電阻值； BN——NTC熱敏電阻的材料常數(shù)。 由測試結果表明，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 ℃ ）內，都能利用該式，它僅是一個經驗公式。 如果以 lnRT、 1/T分別作為縱坐標和橫坐標，則上式是一條斜率為 BN 且通過點 (1/T， lnRT)的一條直線，如圖所示。 NTC 材料不同或配方比例和方法不同，則 BN也不同。用lnRT－ 1/T表示負電阻溫度系數(shù)的熱敏電阻－溫度特性，在實際應用中比較方便。 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熱可表示為 RT/R25T關系如圖所示。 ???????????? ??29811e xp25 TBRRNTRT/R25T特性曲線 ②正電阻溫度系數(shù)（ PTC） 溫度特性是利用正溫度熱敏材料，在居里點附近結構發(fā)生相變引起導電率突變來取得的，典型特性曲線如圖所示。 PTC熱敏電阻的電阻－溫度特性曲線 PTC熱敏電阻的工作溫度范圍較窄，在工作區(qū)兩端，電阻－溫度特性曲線上有兩個拐點，即 TP1和 TP２ 。當溫度低于 TP1時，溫度靈敏度低；當溫度升高到 TP1后，電阻值隨溫度值劇烈增高（按指數(shù)規(guī)律迅速增大）；當溫度升到 TP２ 時，正溫度系數(shù)熱敏電阻器在工作溫度范圍內存在溫度 TC，對應有較大的溫度系數(shù) αTP。 經實驗證實：在工作溫度范圍內，正溫度系數(shù)熱敏電 ? ?? ?0e x p0 TTBRR PTT ??式中 RT、 RT0——溫度分別為 T、 T0時的電阻值； BP——正溫度系數(shù)熱敏電阻的材料常數(shù)。 若對上式取對數(shù)，則有 以 lnRT、 T分別作為縱坐標和橫坐標，如圖所示，則 lnRT和 T呈線性關系。 0ln)(ln 0 TPT RTTBR ??? lnRTT 表示的 PTC熱敏電阻器電阻 溫度特性曲線 若對上式進行微分，可得 PTC熱敏電阻的電阻溫度系數(shù) αTP 可見，正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻溫度系數(shù) αTP 正好等于它的材料常數(shù) BP的值。 ? ?? ?? ?? ? PPTPTPTTP BTTBRTTBRBdTdRRaT ???