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简单先容传感器件中测量温度的热敏电阻

时间:2021-04-01 点击次数:

热敏电阻包括正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)热敏电阻。随着温度的逐渐升高,热敏电阻的电阻值逐渐增加,随着温度的逐渐降低,电阻值也随之降低。所以,利用热敏电阻对温度的敏感性,可以作为电路测温的传感器。

热敏电阻的主要特点是①灵敏度高,其电阻温度系数比金属大10~100倍;②工作温度范围广,常温器件适用于-55℃~315℃,高温器件适用温度高于315℃(目前最高可达2000℃);低温器件适用于-273℃~55℃;③体积小,可测量其他温度计无法测量的间隙④空腔和生物体内血管温度;⑤形状加工容易,大量生产稳定性好,过载能力强。⑥使用方便,电阻值可在0.1~100k之间自由选择;

半导体热敏电阻具有独特的性能,不仅可作为测量部件(如温度、流量、液位等),还可作为控制部件(如热敏开关、限流器)和电路补偿部件。热敏电阻广泛应用于家电、电力工业、通信、军事科学、宇宙等领域,具有广阔的发展前景。

一是PTC热敏电阻。

PTC是指在一定温度下,电阻急剧增加,具有正温度系数的热敏电阻现象和材料可以作为恒温传感器使用。该材料是以BaTiO3和SrTiO3或PbTiO3为主要成分的烧结体,其中加入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物进行原子价格控制,半导体化的BaTiO3等材料简称半导体瓷器,同时加入增加正电阻温度系数的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和发挥其他作用的添加物,采用普通陶瓷技术成型、高温烧结、钛酸铂等固溶体半导体,得到具有正特性的热敏电阻材料。其温度系数和中央点的温度随着烧结条件(特别是冷却温度)而变化。

钛酸钡晶体为钙钛矿型结构,为铁电材料,纯钛酸钡为绝缘材料。在钛酸钡材料中加入微量稀土元素,经适当热处理后,在中央温度附近,阻力速率急剧增加,产生聚四氟乙烯效应,其铁电性能与中央温度附近材料的变化有关。钛酸钡半导瓷是一种多晶材料,晶粒间有晶粒界面。当半导体瓷达到特定温度或电压时,晶粒界面会发生变化,电阻也会发生变化。

钛酸钡半导瓷的PTC效应是由颗粒界(晶粒界)引起的。对导电电子而言,晶粒界面相当于势头。低温时,由于钛酸钡内电场的作用,电子容易越过势力障碍,电阻值小。当温度上升到中点温度(即临界温度)附近时,内部电场被破坏,无法帮助导电电子跨越势力障碍。这相当于势力障碍的上升,,产生PTC效应。钛酸钡半导瓷的PTC效应物理模型、丹尼尔斯等人的钡缺位模型和叠加势力模型从不同方面对PTC效应进行了合理的说明。

PTC热敏电阻出现于1950年,之后于1954年出现以钛酸钡为主要材料的PTC热敏电阻。PTC热敏电阻可用于工业温度测量和控制,也可用于汽车某些部件的温度测量和调节,也可用于民用设备,如瞬时热水器的水温、空调和冷库温度,以及自身加热可用于气体分析和风速机。

PTC热敏电阻除用作加热元件外,还可用于开关,兼具敏感元件、加热器和开关三大功能,称为热敏开关。电流通过零件后,温度升高,即加热体温度升高,当温度超过中心点时,电阻升高,限制了电流的增加,因此电流降低,零件温度降低,电阻值降低,电路电流升高,零件温度升高,周围恢复,温度在一定范围内作为加热源,作为加热元件使用加热风扇、烙铁、烘箱、空调等,也可用于电气设备的过热保护。

第二,NTC热敏电阻。

NTC是指随着温度的升高,电阻呈指数关系下降,具有负温度系数的热敏电阻现象和材料。该材料是由锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等金属氧化物充分混合、成型、烧结等工艺制成的半导体陶瓷,可制成负温度系数(NTC)的热敏电阻。其阻力率和材料常数随材料成分的比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态而变化。现在也出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系统NTC热敏电阻材料。

热敏电阻的发展经历了一个漫长的阶段。在1834年,科学家们首次发现硫化银具有负温度系数。一九三○年,科学家们发现氧化铜氧化铜还具有负温度系数,并成功应用于航空设备的温度补偿电路。随后,随着晶体管技术的发展,对热敏电阻的研究取得了长足的进步。热敏电阻在一九六○年开发,广泛应用于温度测量、温度控制和温度补偿。

其测量范围一般为-10~+300℃,也可达-200~+10℃。

热敏电阻温度计精度可达0.1℃,温度时间不超过10秒。不仅适用于仓库温度计,还适用于食品储存、医药卫生、科学田地、海洋、深井、高空、冰川等温度测量。

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