热敏电阻的电阻--温度特性曲线NTC

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经实验证实：在工作温度范围内，正温度系数热敏电 阻器的电阻—温度特性可近似用下面的实验公式表示：
RT RT0 expBP T T0
式中 RT、RT0——温度分别为T、T0时的电阻值； BP——正温度系数热敏电阻器的材料常数。
若对上式取对数，则得：
ln RT BP T T0 ln RT0
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走进热敏电阻传感器的世界篇 之三
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一、热敏电阻器的应用 （一）检测和电路用的热敏电阻器
检测用的热敏电阻在仪表中的应用 伏安特性 的位置 U m 的左边 U m的附近 在仪器仪表中的应用
温度计、温度差计、温度补偿、微小温度检测、温度报警、 温度继电器、湿度计、分子量测定、水分计、热计、红外 探测器、热传导测定、比热测定
Ir
UR=IT1R
UR=IT2R
UR=IT0R0
UR=IT1R1 I T0
1 I T1 5 2 3 4 自热电桥测量温线路
UR=IT2R2 I T2 Ir/mA
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R1
R2
RT
A
R3 U’ +E －
n
+ U2 －
R5 UR
R4
R3
R6
E
R IT
UT
Rr
R1
+ － En
(b)
(R1) (c)
(a)
自热电桥及其等效电路
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描述热敏电阻器的电阻体与外加功率之间的关系 ,与电 阻器所处的环境温度、介质种类和状态等相关。
三、功率-温度特性（PT—T） 四、热敏电阻器的动态特性
热敏电阻器的电阻值的变化完全是由热现象引起的。 因此，它的变化必然有时间上的滞后现象。这种电阻 值随时间变化的特性，叫做热敏电阻器的动态特性。 动态特性种类： 周围温度变化所引起的加热特性； 周围温度变化所引起的冷却特性； 热敏电阻器通电加热所引起的自热特性。
热敏电阻 引线 玻璃壳
（a）珠状
（b）片状
（c）杆状
（d）垫圈状
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热敏电阻的特点 1 ．灵敏度高。通常温度变化 1℃阻值变化 约1% ～6% ，电阻温度系数的范围甚宽，绝 对值比一般金属电阻大10～100倍。 2．材料加工容易、性能好 3 ．阻值在 1Ω ～ 10MΩ 之间可供自由选择， 使用方便。 4．稳定性好 5．原料资源丰富，价格低廉 6. 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。
7
额定功率PE 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。在此功率 下,它自身温度不应超过Tmax 8 测量功率P0 热敏电阻器在规定的环境温度下,受到 测量电流加热而引起的电阻值变化不超 过0.1％时所消耗的功率。
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四 热敏电阻的分类 1．正温度系数热敏电阻器（PTC） Positive Temperature Coefficient 2．负温度系数热敏电阻器（NTC） Negative Temperature Coefficient
热敏电阻温度传感器
姓名：苏衍保，倪希同 班级：14级 控制理论与控制工程 3班 学院：电气与自动化工程学院
1
初识热敏电阻传感器篇
2
一 认识热敏电阻
3
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。 在温度传感器中应用最多的有热电偶、热 电阻（如铂、铜电阻温度计等）和热敏电阻。 热敏电阻发展最为迅速，由于其性能得到不断 改进，稳定性已大为提高，在许多场合下（-40 ～＋350℃）热敏电阻已逐渐取代传统的温度传 感器。
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热敏电阻的电阻--温度特性曲 线1-NTC；2-CTR； 3 PTC
1 负电阻温度系数(NTC)热敏电阻器的温度特性 NTC的电阻—温度关系的一般数学表达式为：
1 1 1 1 RT RT0 exp BN ln RT BN ln RT T T0 T T0
温度检测用的各种热敏电阻器探头
1—热敏电阻；2—铂丝；3—银焊；4—钍镁丝；5—绝缘柱；6—玻璃 33
2、 测表面电阻用的热敏电阻器安装方法
图为测表面温度用的热敏电阻器的各种安装方式。
错误 正确
测量物体表面温度时热敏电阻器的安装方式
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3、 热敏电阻测温电桥
UR R E U/V 4 3 2 1 UR=IT0R mA Rr U T
8
4.耗散系数 热敏电阻器温度变化1℃所耗散的功率。 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。 5. 时间常数τ 在零功率测量状态下，当环境温度突 变时电阻器的温度变化量从开始到最 终变量的63.2％所需的时间。时间常 数表征热敏电阻加热或冷却的速度。
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最高工作温度Tmax 热敏电阻在规定的技术条件下长期连续工作所允 许的最高温度 6.
3．突变型负温度系数热敏电阻器（CTR） Chop Temperature Resistor
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走进热敏电阻传感器的世界篇 ——热敏电阻的特性
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（一）热敏电阻器的电阻——温度特性（RT—T）
RT/Ω 106 105 104 103 1 2 3
ρT—T与RT—T特 性曲线一致。
102 101 100 0 40 60 120 160 T/℃ 温度T/º C
0 0
可见： 正温度系数热敏电阻器的电阻温度系数αtp ， 正好等于它的材料常数BP的值。 19
二、热敏电阻的线性化处理
(NTC)电阻网络（线性化网络）：精密电阻与热敏电阻串 、并联
RT
RX
RX
RT
E
I
A
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①串联法
RS RT RX 1 RS T U I T R
RT E
R
RT RX
Um
U0 U/V a b c d
该曲线是在环境温度为T0时的静 态介质中测出的静态U—I曲线. 热敏电阻的端电压 UT 和通过它 的电流I有如下关系：
1 1 T UT IRT IR0 exp BN T T IR0 exp BN T T 0 0
I/mA
α
β I0 Im
NTC热敏电阻的静态伏安特性
T0——环境温度； △T——热敏电阻的温升。 23
足以引起热敏电阻发热，元件的温度基本上就是环境 的温度T0在这种情况下，热敏电阻相当于一个固定电 阻，电压与电阻之间的关系符合欧姆定律，所以Oa段 为线性工作区域。随着电流的增加，热敏电阻的耗散 功率增加，使工作电流引起热敏电阻的自然温升超过 介质温度，则热敏电阻的阻值下降。当电流继续增加 时，电压的增加却逐渐缓慢，因此出现非线性正阻区 ab段。当电流为Im时，其电压达到最大Um。若电流继 续增加，热敏电阻自身加温更剧烈，使其阻值迅速减 小，其阻值减小的速度超过电流增加的速度，因此热 敏电阻的电压降随电流的增加而降低，形成cd段负阻 区。当电流超过某一允许值时，热敏电阻将被烧坏。
如图所示，它与负温度系数热敏电阻一样，曲 线的起始端为直线，其斜率与热敏电阻在环境温度下 的电阻值相等。这是因为流过的电流很小时，耗散功 率引起的温升可以忽略不计的缘故。当热敏电阻的温 度超过环境温度时，引起阻值增大，曲线开始弯曲， 当电压增值Um时，存在一个电流最大值Im，如电压 继续增加，由于温升引起电阻值增加的速度超过电压 增加的速度，电流反而减小，曲线斜率由正变负。
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2、半导体热敏电阻传感器 ⑴ 温度测量 ⑵ 温度补偿
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⑴ 温度测量
热敏电阻点温计
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（2） 温度补偿
仪 表 中 的 电 阻 温 度 补 偿 电 路
金属一般具有正的温度系数， 采用负温度系数的热敏电阻进行补偿， 可以抵消由于温度变化所产生的误差
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热敏电阻作温度补偿用
由热敏电阻器 RT 和与温度无关的线 性电阻器 R1 和 R2 串并联组成，补偿 温度范围为 T1 ～ T2 。对于晶体管低 频放大器和功率放大器电路的温度 补偿，可用下列公式确定热敏电阻 器的型号：
0
RT、RT0——温度为T、T0时热敏电阻器的电阻值； BN ——NTC热敏电阻的材料常数。
由测试结果表明，不管是由氧化物材料，还是由单晶体 材料制成的 NTC热敏电阻器，在不太宽的温度范围（小 于450℃），都能利用该式，它仅是一个经验公式。
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为了使用方便，常取环境温度为25℃作为参考温度（即 T0=25℃），则NTC热敏电阻器的电阻—温度关系式：
液位测定、液位检测 流速计、流量计、气体分析仪、真空计、热导分析
风速计、液面计、真空 计
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U m的右边
旁热型 热敏电阻器
（U m—峰值电压）
电路元件热敏电阻器在仪表中应用分类 伏安特性 在仪器仪表中的应用 的位置 U m 的左边 U m的附近 U m的右边
偏置线图的温度补偿、仪表温度补偿、热电偶 温度补偿、晶体管温度补偿 恒压电路、延迟电路、保护电路
RX
RX
I
A
RT
T
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②并联法
RT RX R RT RX
R
RT
RX
RX
RT
RT // RX
T
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二、热敏电阻器的伏安特性（U—I）
表示加在其两端的电压和通过的电流，在热敏电阻器 和周围介质热平衡（即加在元件上的电功率和耗散功 率相等）时的互相关系。
1.负温度系数（NTC）热敏电阻器的伏安特性
RT1 r2 r1r2 R T (T1 ) r1 r2 RT1
R1
R(T)
R2
RT
温度补偿网络
RT2 r2 r1r2 R T (T2 ) r1 r2 RT2 RT0 r2 r1r2 R T (T0 ) r1 r2 RT0
RT 1 1 exp BN R25 T 298
RT/R25 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5
(25º C,1)
0
25
50
75
100 125
T/℃
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RT / RT0--T特性曲线
2.正温度系数（PTC）热敏电阻器的电阻—温度特性 其特性是利用正温度热敏材料，在居里点附近结构发 生相变引起导电率突变来取得的，典型特性曲线如图
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三 热敏电阻的基本参数
1. 标称电阻R25（冷阻） 标称电阻是热敏电阻在 25℃时的阻值。标称电阻 大小由热敏电阻材料和几何尺寸决定。 2. 材料常数BN 表征负温度系数(NTC) 材料的物理特性常数。BN值决定 于材料的激活能∆E，BN值随温度升高略有增加。 3. 电阻温度系数αt (%/℃) 热敏电阻的温度变化 1 ℃时其阻值变化率与其值 之比。
上图表明：当电流很小时，元件的功耗小，电流不
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电流较小：线性，欧姆定律
电流增加：阻值减小、非线性 电流较大：阻值减小超过电流增加
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2．正温度系数（PTC）热敏电阻器的伏安特性
105 104 103 102 101 Um
Im
101 102 103
10-1 100
PTC热敏电阻器的静态伏安特性
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104
电 阻 /Ω
103 102 10 0
100
Tp1 200 Tp2 T/º C
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PTC热敏电阻器的电阻—温度曲线
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α T。
自动增益控制电路、RC振荡器、振幅稳定电路
测温用的热敏电阻器，其工作点的选取，由热敏 电阻的伏安特性决定。
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热电式继电器
T正常：Rt 较大、BG不导通、 J 不吸合 T升高：Rt 减小、BG导通、 J 吸合 应用：电机过热保护
Rt
J
D
A R
BG
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（二） 测温用的热敏电阻器 1、 各种热敏电阻传感器结构
4
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。
5
二、热敏电阻的结构和特点
金属氧化物：钴Co、锰Mn、镍Ni 等的氧化物
采用不同比例配方、高温烧结而成。
以lnRT、T分别作为纵坐标和横坐标，得到下图。
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Байду номын сангаас
）
lnRr1 lnRr2
lnRr BP β
mR
mr
lnRr0 T2 T1 BP=tgβ =mR/mr
T
lnRT~T 表示的PTC热敏电阻器电阻—温度曲线
若对上式微分，可得PTC热敏电阻的电阻温度系数αtp 1 dRT BP RT exp BP T T0 tp BP RT dT RT exp BP T T0