第四章-热电阻

热敏电阻外形
MF12型 NTC热敏电 阻
聚脂塑料封装 热敏电阻
其他形式的热敏电阻
玻璃封装 NTC热敏电 阻
MF58 型热敏电阻
其他形式的热敏电阻
带安装孔的热敏电阻
大功率PTC热敏电阻
其他形式的热敏电阻（续）
贴片式 NTC热敏 电阻
其他形式的热敏电阻（续）
MF58型（珠形） 高精度负温度系 数热敏电阻
热电阻温度计
热电阻测温原理 常用热电阻种类 热电阻的结构 半导体热敏电阻
热电阻测温原理及特点
*温度升高，金属内部原子晶格的振 动加剧，从而使金属内部的自由电子通过 金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电 阻率变大，电阻值增加. * 正温度系数，即电阻值与温度的变化趋 势相同。
取一只 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻值，可以 发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值
B
ln RT ln RT0 1
T

1
T0
通常B在1500~5000K范围内，由于B值随成分、工艺等因素 影响，变化很大，故这种热敏电阻必须个别分度。
[例] 已知某半导体热敏电阻在20℃时的 阻值为100Ω ，其电阻与温度斜率为 dR/dt=－5.0Ω /K。 试求：该热敏电阻在50℃时的阻值。 [提示] 利用公式
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热电阻测量系统的误差



分度误差 自热误差 线路电阻变化造成的误差 仪表基本误差
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五、热电阻的校验
热电阻的检验方法与原理同热电偶一样。
六、热电阻的选择
选用原则： （1）测温范围 （2）测温精确度 （3）测温环境 （4）成本
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铜电阻的分度号
Cu50 和 Cu100
（3）镍热电阻（Ni）

特点：电阻温度系数大，灵敏度高。

测温范围是－60～＋180℃，主要用 于较低温域。 镍电阻的分度号有Ni100、Ni300和 Ni500
由于镍电阻的制造工艺较复杂，很难 获得a相同的镍丝，因此它的测量准 确度比铂电阻低。


表2-2 热电阻的主要技术性能
MF5A-3型热敏电阻
（参考深圳科蓬达电子有限公司资料）
非标热敏电阻
非标热敏电阻（续）
非标热敏电阻（续）
热敏电阻温度面板表
热敏电 阻
LCD
热敏电阻体温表
热敏电阻用于CPU的温度测量
（参考小熊在线公司资料）
热敏电阻用于电热水器的温度控制


优点： 1）电阻温度系数大，灵敏度高； 2 ）电阻率很大，体积可做的很小，热惯性小， 响应快,可用来测量点的温度。 3 ）电阻值很大，连接导线电阻变化的影响可 忽略； 缺点： 1）同一型号的热敏电阻的电阻温度特性分散性 很大，互换性差； 2）电阻温度关系不稳定，随时间而变,需及时 标定。
热电阻的自热效应 同其它电阻一样，有电流，电流过时电 流会在电阻上产生热量而使温度升高， 称为自热效应。 自热取决于两方面因素：
电能输入N：


N I R
2
热扩散量和仪器常数EK
N t EK
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EK在不同的情况下是不同的。 与介质的导热性能有关。 同一温度传感器
静止的空气-慢流动的空气-快流动的空气 静止的水-慢流动的水-快流动的水 自热大 自热小
采用NiO2、ZrO2等化合物制造； 临界温度(CTR)热敏电阻

当温度超过某一数值后，电阻会急剧增加或减少。

电阻与温度的关系（非线性的）：
RT Ae
B /T
T为热力学温度；e＝2.71828；A、B为常数。
在温度T0时的电阻值为
RT0 Ae
两式整理得:
B / T0
RT RT0 e
1 1 B /( ) T T0

在 0 ～ 100℃范围内，电阻温度关系是线性的：
Rt = R0(1+αt)
式中，α＝4.28×10－3/℃,

优点：R-t关系近似线性；α较大；材料易 提纯；价格便宜，互换性好。 缺点：电阻率较小，为保持一定阻值需要 细而长的铜丝，使体积↑热惯性↑；测温 上限低，因为铜在100℃以上易氧化且抗 腐蚀性差。
Rt Rt 0 1 R Rt 0 (t t0 ) Rt 0 t

α ↑→ 灵敏度↑。
金属导体: t↑→Rt↑ ，∴α为正值；
而半导体: t↑→Rt↓ ，∴α为负值。

金属纯度↑→α↑。有些合金材料，如 锰铜 α→0。
常用热电阻材料的电阻与温度关系
常用热电阻种类

根据感温元件的材质可分为金属导体和 半导体两大类。金属热电阻目前大量使 用的有铂、铜和镍三种。 按准确度等级可分为标准电阻温度计和 工业电阻温度计。

半导体热敏电阻

工作原理：
是利用半导体材料的电阻随温度显 著变化这一特性制成的感温元件。 由某些金属氧化物按一定的配方比 例压制烧结而成。
热敏热电阻温度特性

负温度系数(NTC)热敏电阻（阻值随温度升高而显著减少） 采用MnO2、Mn(NO3)4、CuO、Cu(NO3)2等化合物制造；

正温度系数(PTC)热敏电阻
热电阻在使用中的注意事项：

为减小环境温度对线路电阻的影响，工业上常采用 三线制连接，也可以采用四线制连接。
热电阻引入显示仪表的线路电阻必须符合规定值， 否则将产生系统误差。 热电阻工作电流应小于规定值，否则因过大电流造 成自热效应，产生附加误差。 热电阻分度号必须与显示仪表调校时分度号相向。


α＝4.28×10-3/℃分度的，
Rt = R0(1+αt)，故
100×(1十0.00428×56)
= 100.8×(1十0.00429×t)
由此求得冷却水实际温度 t =53.6℃。
热电阻的结构
（1）普通热电阻
热电阻的结构
绝缘骨架 作用：缠绕、支撑和固定热电阻丝的支架 热电阻体 引出线 热电阻体至接线端子的连接导线成为引出线。 要求： 1）要选用纯度高，与电阻丝、接线端子之间产生的热电 势极小，而且在最高使用温度下不挥发，不氧化、不 变质的材料。 2）引出线的直径比电阻丝的直径大得多，这样可以减小 引出线电阻。
RT Ae
B /T
[解]
RT A e B dR B B T T A e 2 RT 2 T T dT
B T
代入已知数据，即可求得A和B的值
A=0.000043092 (Ω ); B=4296.8 (K)
再利用公式求得，RT在50℃(即50＋273.15K)时 的阻值为25.64 Ω 。

（2）铠装热电阻
2.薄膜铂热电阻
利用真空镀膜法将纯铂直接蒸镀在绝缘 的基板上制成。 测温范围：-50～600℃，最大特点可 以测出物体表面的真实温度。
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3.厚膜铂热电阻
用高纯铂粉与玻璃粉混合，加有机载 体 调成糊状浆料，用丝网印刷在刚玉基偏上 ，再烧结安装引线，最后涂玻璃釉作为绝 缘保护层。 它与线绕铂电阻的应用范围基本相同， 但在机械振动环境下，明显高于线绕式热 电阻。

特点：稳定性好、精确度高、性能可靠。 ITS－90规定以铂电阻温度计作为 13.8033K～961.78℃温域的标准内插仪器

铂的电阻值与温度的关系
在－200～0℃范围内：
2 3 Rt R0 1 At Bt Ct (t 100)

在0～850 ℃范围内：
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薄膜型及普通型铂热电阻
小型铂热电阻
防爆型铂热电阻
汽车用水温传感器及水温表
铜热电阻
铂电阻温度显示、变送器
热电阻的接线方法：
引出线—由热电阻体至接线端子的连接导线
（1）两线制 存在引出线电阻随温度变化产生的附加误差； （2）三线制 可以消除引出线电阻的影响；工业上多采用。 （3）四线制 不仅可消除引出线电阻的影响，还可消除连接 导线间接触电阻及其阻值变化的影响。多用于 标准铂热电阻的引出线上。

1）电阻温度系数大 2）在测温范围内物理及化学性质稳定 3）有较大的电阻率，因为电阻率越大，热电阻 体的体积就可以做的小一些，热容量和热惯性也 就小些，这样对温度变化的相应比较快。 4）电阻值与温度的关系近似为线性，便于分度 和读书 5）复现性好，复制性强、容易得到纯净的物质。 6）价格便宜。
（1）铂热电阻 （Pt）
Rt R0 (1 At Bt )
2

铂电阻的纯度 通常用R100/R0表示。 铂电阻的分度号: Pt 10、Pt 100、Pt 50
Pt10—表示铂电阻在0℃时的电阻值为R0＝10Ω
（2）铜热电阻 （Cu）


铜电阻与温度的关系
在－50～＋150℃范围内：
Rt R0 (1 At Bt 2 Ct 3 )
4. 其他低温用热电阻
铑铁/铂钴 在低温下灵敏度也较大，可以用于测量低 温及深低温。

例：用分度号Cu100的铜电阻温度计测得 发电机冷却水温度为56℃，但检定时确 知铜热电阻的R0＝100.8Ω ，电阻温度系 数α’＝4.29×10-3/℃，试求冷却水的实 际温度。
解：测温时显示仪表按R0=100Ω ,
应为484 。
热电阻测温原理及特点

用热电偶测量500℃以下温度时， 热电势小，测量精度低；且使用中 经常需要进行冷端温度补偿。 故工业上在测低温时通常采用热电 阻温度计，其测温范围为－200～
500℃。



优点：
1）准确度高在中低温测温，它的输 出信号比热电偶的要大的多，故灵 敏度高 2）电阻信号便于远传； 3）无需冷端补偿； 4）可以实现多点切换测量。

缺点：
1）感温部分体积大，热惯性大；
2）在使用时需要外供电源；
3）连接导线电阻易受环境温度影响而产 生测量误差。


热电阻温度计的组成：
热电阻（电阻体、绝缘管 和保护套管）
连接导线 显示仪表


金属导体或半导体: 电阻值R = f (温度t)

电阻温度系数（α）
—— 温度变化1℃时，导体电阻值的相对 变化量，单位为1/℃。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
半导体热敏电阻的结构图：
a：珠形热敏电阻；b：涂敷玻璃的热敏电阻 1：电阻（金属氧化物烧结体）；2：引出线（铂丝）；3：玻璃；4：杜美丝
C: 带玻璃保护套管的热敏电阻 1：金属氧化物烧结体；2：铂丝；5：玻璃管
图2-21 热敏电阻的外形、结构及符号
a）圆片型热敏电阻 b）柱型热敏电阻 c）珠型 热敏电阻 d）铠装型 e）厚膜型 f）图形符号 1—热敏电阻 2—玻璃外壳 3—引出线 4—紫铜外壳 5—传热安装孔