【正文】 熱敏電阻器溫度變化 1℃ 所耗散的功率變化量 。在工作溫度范圍內(nèi)， BN值并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨溫度的升高略有增加的。 BN值決定于材料的激活能 ?E,具有 BN=?E／ 2k的函數(shù)關(guān)系，式中 k為波爾茲曼常數(shù)。 ℃ 時(shí)的阻值 。 （二）熱敏電阻的分類 熱敏電阻材料的分類 （ 1） 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(fù)合燒結(jié)體 、無缺陷形金屬氧化燒結(jié)體多結(jié)晶單體 、固溶體形多結(jié)晶氧化物SiC系 Mn、 Co、 Ni、 Cu、 Al氧化物燒結(jié)體 、 ZrY氧化物燒結(jié)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(jī)物 芳香族化合物 聚酰亞釉 表面活性添加劑 液體 電解質(zhì)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（ 2） PTC 無機(jī)物 BaTiO3系 Zn、 Ti、 Ni氧化物系 Si系、硫硒碲化合物 （ Ba、 Sr、 Pb） TiO3燒結(jié)體 有機(jī)物 石墨系 有機(jī)物 石墨 、 塑料 石臘 、 聚乙烯 、 石墨 液體 三乙烯醇混合物 三乙烯醇 、 水 、 NaCl CTR V、 Ti氧化物系、 Ag2S、（ AgCu）、（ ZnCdHg）BaTiO3單晶 V、 P、 （ Ba 3． 突變型負(fù)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(nèi)隨溫度升高而降低 3～ 4個(gè)數(shù)量級(jí) ， 即具有很大 負(fù)溫度系數(shù) 。 2． 負(fù)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(jiǎn)稱 NTC熱敏電阻器 。 按熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系這一重要特性可分為： 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電阻器 ， 簡(jiǎn)稱 PTC熱敏阻器 。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(chǎng)影響很小，這是十分可貴的特點(diǎn)。相比之下，優(yōu)于其它各種溫度傳感器。 一、熱敏電阻的特點(diǎn)與分類 4．穩(wěn)定性好 商品化產(chǎn)品已有 30多年歷史，加之近年在材料與工藝上不斷得到改進(jìn)。 目前 ， 最小的珠狀熱敏電阻其直徑僅為 。 電阻溫度系數(shù)的絕對(duì)值比金屬大10～ 100倍左右 。 主要講述熱敏電阻的特點(diǎn) 、 分類 ， 基本參數(shù) ， 主要特性和應(yīng)用等 。 在溫度傳感器中應(yīng)用最多的有 熱電偶 、 熱電阻 （ 如鉑 、 銅電阻溫度計(jì)等 ） 和 熱敏電阻 。冷端集中，對(duì)于提高多點(diǎn)巡檢的速度也很有利。 對(duì)于 T0經(jīng)常波動(dòng)的情況，可利用熱敏電阻或其它傳感器把 T0信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計(jì)一些程序，便能自動(dòng)修正。 6. 軟件處理法 對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不必全靠硬件進(jìn)行熱電偶冷端處理。 mV EAB(T,T0) T0 T0 T A B + + a b U Uab RCu R1 R2 R3 R T0 Ua Uab EAB(T,T0) 供電 4V直流 ， 在 0～ 40℃ 或 20～ 20℃ 的范圍起補(bǔ)償作用 。 設(shè)計(jì)時(shí)，在 0℃ 下使電橋平衡 (R1=R2=R3=RCu)，此時(shí) Uab=0 ，電橋?qū)x表讀數(shù)無影響。 5. 冷端補(bǔ)償器法 利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢(shì)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢(shì)的變化值 。 4. 零點(diǎn)遷移法 應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是 0℃ ，但十分穩(wěn)定（如恒溫車間或有空調(diào)的場(chǎng)所）。 而熱電偶的冷端溫度已是TH,則只有當(dāng)熱端溫度 T=TH時(shí) ， 才能使 EAB(T,TH)=0， 這樣 ， 指示值就和熱端的實(shí)際溫度一致了 。 T＝ T′＋ k T H 溫度 T180。 再?gòu)南卤碇胁槌?， 對(duì)應(yīng)于 1150℃ 的補(bǔ)正系數(shù) k=。 用公式表達(dá)即 式中： T——為未知的被測(cè)溫度； T′——為參比端在室溫下熱電偶電勢(shì)與分度表上對(duì)應(yīng)的某個(gè)溫度； TH——室溫； k——為補(bǔ)正系數(shù) ， 其它參數(shù)見下表 。 注意 :既不能只按 ，認(rèn)為 T=49℃ ，也不能把 49℃ 加上 21℃ ，認(rèn)為 T=70℃ 。 為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路 ， 必須把連接點(diǎn) 分 別置于兩個(gè)玻璃試管里 ， 浸入同一冰點(diǎn)槽 ， 使相互絕緣 。 1. 冰點(diǎn)槽法 把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里 ， 使 T0=0℃ 。這種熱電偶使用一次就焚化，但它的優(yōu)點(diǎn)是熱慣性小，只要注意它的動(dòng)態(tài)標(biāo)定，測(cè)量精度可達(dá)土 5～ 7℃ 。 4． 快速消耗微型熱電偶 下圖為一種測(cè)量鋼水溫度的熱電偶。目前我國(guó)試制的有鐵 —鎳、鐵 —康銅和銅 —康銅三種 ,尺寸為 60 6 。 4—引出線 因此，特別適用于對(duì)壁面溫度的快速測(cè)量。 2—熱接點(diǎn) 。 (d)—帽型 3．快速反應(yīng)薄膜熱電偶 用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜裝熱電偶。 (b)—不碰底型 。 2—絕緣材料 。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式如圖。 斷面如圖所示。 工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖 1－接線盒； 2－保險(xiǎn)套管 3― 絕緣套管 4― 熱電偶絲 1 2 3 4 (a) (b) (c) (d) 1 3 2 2． 鎧裝式熱電偶 （ 又稱套管式熱電偶 ） 優(yōu)點(diǎn)是小型化 （ 直徑從12mm到 ） 、 壽命 、熱慣性小 ， 使用方便 。它由熱電偶絲、絕緣套管、保護(hù)套管以及接線盒等部分組成。主要缺點(diǎn)是鐵極易氧化，采用發(fā)藍(lán)處理后可提高抗銹蝕能力。缺點(diǎn)是銅易氧化，廣泛用于 20K～473K的低溫實(shí)驗(yàn)室測(cè)量中。 （ 6）銅 — 康銅熱電偶，分度號(hào) MK 熱電偶的熱電勢(shì)略高于鎳鉻 鎳硅熱電偶，約為 43μV/℃ 。 （ 3） 金鐵 — 鎳鉻熱電偶 主要用在低溫測(cè)量 ， 可在2～ 273K范圍內(nèi)使用 ， 靈敏度約為 10μV／ ℃ 。 （ 2） 鎢錸熱電偶 是 60年代發(fā)展起來的 ， 是目前一種較好的高溫?zé)犭娕?， 可使用在真空惰性氣體介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中 ， 但高溫抗氧能力差 。 ? 成本高。 ? 還原性氣體中易被侵蝕 。 測(cè)量溫度：長(zhǎng)期可到 1600℃ ， 短期可達(dá) 1800℃ 。 4． 鉑銠 30—鉑銠 6熱電偶 (B型 ) 分度號(hào)為 LL—2 正極：鉑銠合金 （ 用 70％ 鉑 ， 30％ 銠冶煉而成 ） 。 ? 氣體硫化物對(duì)熱電偶有腐蝕作用。 特點(diǎn)： ? 價(jià)格比較便宜 ， 工業(yè)上廣泛應(yīng)用 。 正極：鎳鉻合金 負(fù)極：考銅合金 （ 用 56％ 銅 ， 44％ 鎳冶煉而成 ） 。 ? 復(fù)現(xiàn)性好 ， 熱電勢(shì)大 ， 但精度不如 WRLB。 特點(diǎn)： ? 價(jià)格比較便宜 ， 在工業(yè)上廣泛應(yīng)用 。 負(fù)極：鎳硅合金 (用 ～ 97％ 鎳 ,2～ 3％ 硅 ,～ ％ 鈷冶煉而成 )。 （一）熱電偶常用材料 2． 鎳鉻 —鎳硅 (鎳鋁 )熱電偶 (K型 ) 分度號(hào) EU—2 工業(yè)用熱電偶絲： ~， 實(shí)驗(yàn)室用可細(xì)些 。 ? 材料屬貴金屬 ， 成本較高 。 ? 測(cè)量溫度較高 ， 一般用來測(cè)量 1000℃ 以上高溫 。 特點(diǎn)： ? 材料性能穩(wěn)定 ， 測(cè)量準(zhǔn)確度較高；可做成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶 或基準(zhǔn)熱電偶 。 負(fù)極：鉑絲 。 三、熱電偶的常用材料與結(jié)構(gòu) 1． 鉑 —鉑銠熱電偶 (S型 ) 分度號(hào) LB—3 工業(yè)用熱電偶絲： ， 實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些 。這便是引入補(bǔ)償導(dǎo)線原理。 EAB（ T, T0） = EAC（ T, T0） + ECB（ T, T0） 2）如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢(shì)是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢(shì)的關(guān)系為： 3. 中間溫度定律 如果不同的兩種導(dǎo)體材料組成熱電偶回路 ,其接點(diǎn)溫度分別為 T T2(如圖所示 )時(shí) ,則其熱電勢(shì)為 EAB(T1, T2)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為 T T3時(shí) ， 其熱電勢(shì)為 EAB(T2, T3)；當(dāng)接點(diǎn)溫度為 T T3時(shí) ， 其熱電勢(shì)為 EAB(T1, T3)， 則 B B A T2 T1 T3 A A B EAB（ T1, T3） =EAB（ T1, T2） +EAB（ T2, T3） EAB（ T1,T3） =EAB（ T1, 0） +EA B（ 0, T3） =EAB（ T1, 0） EAB（ T3, 0） =EAB（ T1） EAB（ T3） A B T1 T2 T2 A’ B’ T0 T0 熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖 E 對(duì)于冷端溫度不是零度時(shí)，熱電偶如何分度表的問題提供了依據(jù)。 二、熱電偶回路的性質(zhì) 1. 均質(zhì)導(dǎo)體定律 E總 =EAB（ T） +EBC（ T） +ECA（ T） = 0 三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路 T A B C T T 2. 中間導(dǎo)體定律 一個(gè)由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同，則此回路各接點(diǎn)產(chǎn)生的熱電勢(shì)的代數(shù)和為零。 對(duì)于有幾種不同材料串聯(lián)組成的閉合回路 ， 接點(diǎn)溫度分別為 T T2 、 … 、 Tn ， 冷端溫度為零度的熱電勢(shì) 。 熱電偶回路熱電勢(shì)只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長(zhǎng)度、粗細(xì)無關(guān)。 如果使 EAB(T0)=常數(shù) ， 則回路熱電勢(shì) EAB(T， T0)就只與溫度 T有關(guān) ， 而且是 T的單值函數(shù) ， 這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理 。由公式可得： EAB(T, T0)= EAB(T)EAB(T0) = EAB(T)EAB(0)[EAB(T)EAB(T0)] = EAB(T， 0)EAB(T0， 0) 熱電偶的熱電勢(shì)，等于兩端溫度分別為 T 和零度以及 T0和零度的熱電勢(shì)之差。 2. 溫差電勢(shì) dTTTe TT AA ??0),( 0 ?溫差電勢(shì)原理圖 由導(dǎo)體材料 A、 B組成的閉合回路 ， 其接點(diǎn)溫度分別為 T、T0,如果 T＞ T0， 則必存在著兩個(gè)接觸電勢(shì)和兩個(gè)溫差電勢(shì) ， 回路總電勢(shì)： ??BTATNNekT ln ?00ln0BTATNNekTdTTT BA? ??0)( ??3. 回路總電勢(shì) ),(),()()(),( 0000 TTeTTeTeTeTTE BAABABAB ????NAT、 NAT0——導(dǎo)體 A在結(jié)點(diǎn)溫度為 T和 T0時(shí)的電子密度； NBT、 NBT0——導(dǎo)體 B在結(jié)點(diǎn)溫度為 T和 T0時(shí)的電子密度； σA 、 σB——導(dǎo)體 A和 B的湯姆遜系數(shù)。 接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。熱電勢(shì)由兩部分組成 ， 即 溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì) 。 這種現(xiàn)象早在 1821年首先由西拜克（ See－ back） 發(fā)現(xiàn) ,所以又稱西拜克效應(yīng) 。微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測(cè)量。 （三）溫度傳感器的主要發(fā)展方向 溫差熱電偶（簡(jiǎn)稱熱電偶）是目前溫度測(cè)量中使用最普遍的傳感元件之一。 5． 發(fā)展適應(yīng)特殊測(cè)溫要求的溫度傳感器 。 3． 研制家用電器 、 汽車及農(nóng)畜業(yè)所需要的價(jià)廉的溫度傳感器 。 2022 2022 2022 1． 超高溫與超低溫傳感器 ， 如 +3000℃ 以上和 –250℃以下的溫度傳感器 。 美國(guó)麻省理工學(xué)院正在研制一種激光溫度計(jì) ， 最高溫度可達(dá) 8000℃ ， 專門用于核聚變研究 。 4． 激光溫度傳感器 適用于遠(yuǎn)程和特殊環(huán)境下的溫度測(cè)量 。 （二）非接觸式溫度傳感器 3． 超聲波溫度傳感器 特點(diǎn)是響應(yīng)快 (約為 10ms左右 )，方向性強(qiáng) 。 分四種：光學(xué)高溫計(jì) 、 比色高溫計(jì) 、 輻射高溫計(jì)和光電高溫計(jì) 。 經(jīng)濟(jì)性好 、 價(jià)格便宜 。 4． 超低溫?zé)犭娮? 兩種碳電阻 ， 可分別測(cè)量 –～253℃ ～ ℃ 的溫度 。 2． 管纜熱電阻 測(cè)溫范圍為 20～＋ 500℃ ， 最高上限為 1000℃ ， 精度為 。 三、溫度傳感器的發(fā)展概況 接觸