簡述熱敏電阻傳感器的原理與選用

摘 "要：本文對目前應用非常廣泛的熱敏電阻傳感器的基本原理及其選用進行了簡明敘述。

關鍵詞：熱敏電阻傳感器;原理;選用

前言：溫度表示了物體冷熱程度，溫度的測量與控制，一直都是電氣自動化控制的一項重要任務，在工業現場與家庭生活中都存在著許多溫度控制的要求，而準確的溫度控制又決定著某種控制任務是否成功。

一、熱敏電阻的結構和原理

熱敏電阻是由金屬氧化物采用粉末冶金的工藝制成的一種合金體（用錳、鎳、鈷、鐵、銅等粉料按一定配方壓制成型后，經1000～1500℃高溫燒結而成，通過改變合金的配比可以制成不同溫度范圍、阻值及溫度系數的熱敏電阻），其引出線一般采用銀線。熱敏電阻的阻值在室溫（25℃）時可從幾百歐變化到幾兆歐，其可測量的溫度范圍為-200～+1000℃。利用這種電阻隨溫度變化呈顯著變化的特性制成的一種敏感元件稱為熱敏電阻傳感器。

（一）熱敏電阻的特點。（1）電阻溫度系數大，靈敏度高，可測量微小的溫度變化（0.002～0.005℃）。（2）結構簡單，體積小，直徑可做到小于0.5mm，可以測量點溫度。（3）電阻率高，熱慣性小，響應速度快，響應時間可以短到毫秒級，適宜動態測量。（4）易于維護和進行遠距離控制。（5）熱敏電阻的缺點是互換性差，電阻—溫度曲線為非線性。

（二）熱敏電阻的分類。（1）電阻值隨溫度升高而升高的，稱為正溫度系數（PTC）熱敏電阻;（2）電阻值隨溫度升高而降低的，稱為負溫度系數（NTC）熱敏電阻;（3）具有正或者負溫度系數特性，但在某一溫度范圍電阻值發生巨大變化的，稱為突變型溫度系數（CTR）熱敏電阻。

二、熱敏電阻傳感器的基本參數

（一）測量溫度范圍。不同的合金和工藝形成的熱敏電阻會有不同的測量范圍，應用中根據測量要求恰當選擇測量溫度的范圍。常溫器件適用于-55～315℃，高溫器件可以更高，最高可以達1000℃，低溫器件適用于-273～55℃。其中，-55～315℃是熱敏電阻最適合的工作溫度范圍。

（二）熱敏電阻的標稱電阻值。是指25℃零功率時的電阻值。即常溫時，沒有通電的情況下熱敏電阻的阻值，其阻值變化范圍可以從幾歐到幾十兆歐。在同一系列的熱敏電阻中，其標稱值的范圍可以從幾歐到10kΩ以上，可供在不同的控制任務中選擇。

（三）額定功率。是指熱敏電阻在常溫、常壓條件下，長期連續運行所允許的耗散功率。其中，用于過電流保護的正溫度系數（PTC）熱敏電阻通常可以有較大的功率，一般串聯在被測電路中，根據不同的用途可以通過一定的電流值，其電流值可以達幾百毫安以上，功率可以達幾十瓦;用于測量溫度的熱敏電阻其工作電流值則一般限制在毫安值的量級，這主要為了不使它產生自發熱現象，從而可保證在測量溫度范圍內具有線性的

V/A曲線。

三、熱敏電阻的選用

（一）熱敏電阻的用途。（1）溫度的測量。這是熱敏電阻主要的應用，通過熱敏電阻感知環境溫度或被測目標的溫度變化，再經過測量電路的轉換，變成反應溫度變化的電壓信號。一般選擇微功耗熱敏電阻，其后置電路也就必須為基本不取電流的運放型元件，比如電壓比較器。防止電流過大造成的自身發熱，從而影響測量結果。應用時將PTC與一大電阻串聯接在電壓比較器的正向輸入端;用一個電位器的滑動端接在比較器的反向輸入端，固定端分別接電源和地。低溫時，PTC處于低阻抗狀態電壓較低，調節電位器使得比較器的反向輸入端也處于低電平并低于正向輸入端電位，則比較器輸出為低電平。一旦溫度超過一定值，就可以完成溫度的控制。（2）電路的限流和保護。利用突變型正溫度系數熱敏電阻CTR，可以制作自恢復過電流保護器;PTC熱敏電阻可以作為用電回路的過電流限制器;將

NTC熱敏電阻串接在整流濾波電容器的前面，可以有效抑制上電時電容電流造成的沖擊。

當電動機工作電流正常時，CTR處于低阻抗，其形成的壓降不足以影響電動機的正常工作。運行中一旦發生了電動機的過電流故障，由于電流迅速增加，導致CTR的溫度也迅速升高，當其溫度升高至120℃附近時，其阻抗迅速增大，形成近乎斷路的電路狀況，則電動機停轉。利用NTC或CTR的負溫度特性，當電路接通時，由于熱敏電阻溫度就是環境溫度，溫度較低，阻抗較大或很大，電容器C的充電沖擊電流得到有效抑制。經過一定時間的電流的作用，熱敏電阻的溫度開始升高，其電阻也明顯下降，充電電流變大，直至電路達到穩定，熱敏電阻維持在低阻抗狀態下，電路可以正常工作。

（二）熱敏電阻的選擇。一般用于溫度控制與顯示的熱敏電阻，應選擇微功耗型，要盡量使流過熱敏電阻的電流不造成明顯的測量溫升，從而造成溫度測量誤差。同時，選用時還應注意在有效的溫度測量范圍內有較好的線性度。

對于用于限流控制功能的熱敏電阻，一般要選擇功率型，要使其最大穩態電流大于所在電路的工作電流。但在這種應用功能下可不必太注重其線性度，應關注其溫度響應速度以及保護和限流功能時穩態后的阻值。

結束語：目前熱敏電阻傳感器的產品已經趨于成熟，產品的選擇范圍也很大，價格優勢也很明顯，了解其基本原理和選擇方面的知識很有必要性。