壓敏電阻和熱敏電阻的應用

戴 謙 九

(太原市熱力公司，山西 太原 030024)

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壓敏電阻和熱敏電阻的應用

戴 謙 九

(太原市熱力公司，山西 太原 030024)

介紹了壓敏電阻和熱敏電阻的特性，闡述了熱敏電阻與壓敏電阻在電源保護器、溫度變送器、壓力變送器等方面的應用，指出壓敏電阻具有較低的阻抗突變值，熱敏電阻對于溫度擁有非常的敏感性，兩者一起構成了一個具有保護功能的電路。

壓敏電阻，熱敏電阻，溫度變送器，壓力變送器

0 引言

壓敏電阻屬于半導體元件，其阻值表現為和壓力呈現一定的非線性關系。未通過電壓之前，其表現出具有非常高的阻值。而如果通過電壓，則馬上將電壓限制在特定的值。壓敏電阻具有較低的阻抗突變值，熱敏電阻也屬于半導體元件，并且對于溫度擁有非常的敏感性。一般情況下，熱敏電阻會隨著溫度值的不斷增加，表現出電阻值不斷增加的特性。且當溫度大于某一值時，其阻值會出現急劇的增加。把壓敏電阻與熱敏電阻一起應用在電路中，通過壓敏電阻在電壓超出范圍后所形成的熱量，使得熱敏電阻可以快速的反應。通過熱敏電阻的阻值改變，來改變電路中的電壓以及電流大小，從而實現保護壓敏電阻的目的。兩者一起構成了一個具有保護功能的電路。

1 熱敏電阻在溫度變送器中的應用

變送器是把物流測量的數據或者是一般的信號轉化成標準的電信號并且可以以通訊協議方式輸出的一種裝置。而溫度變送器則是將相應的溫度信號轉換成了電信號，并和相應的二次儀表相連接而顯示出所得到的數據信息。在溫度變送器所連接的二次儀表中電能表是極為重要的設備，其為溫度變送器工作提供所需的能源，保障測量數據的精準性。在實際運行過程中，電能表經常出現荷載不穩定問題，導致內部電流過大，從而嚴重的影響到電能表的正常運行。而將熱敏電阻以串聯的形式連入負載回路里，如果電路正常工作，那經過熱敏電阻中的電流無法使熱敏電阻自身的溫度增加至居里溫度值，此時熱敏電阻的阻值很小。如果負載電路發生故障或者出現電壓過大情況，流經熱敏電阻的電流會增加，而所產生的熱量也相應增多，從而使熱敏電阻快速的進入高阻抗狀態，把負載電路斷開。如果負載回路的故障被消除，熱敏電阻回到之前的低阻值狀態，使負載回路接通。這樣就確保了系統的工作電流得以有效控制，保障了裝置運行的安全性。

在溫度變送器中，測溫組件是最為核心的，該結構中同樣有熱敏電阻以及壓敏電阻的應用。熱敏電阻用于變送器中測溫組件的電路圖如圖1所示。

其中,PT100代表的是熱敏電阻，R1代表的是引線電阻。在熱敏電阻接入電路時，采用的是三線制接入的方法。采用這種電路連接方法使熱敏電阻的阻值不會受到R1電阻的影響，從而避免了引線電阻給熱敏電阻的運行帶來誤差。電阻R4是為了增加A處、B處以及C處的電位大小，從而使其可以達到A/D芯片要求的相應輸入電壓值。電路中R3與R4阻值總和為3 kΩ，這樣保證流經熱敏電阻電流可以處于0.4 mA左右的范圍，從而減少了熱敏電阻由于自身所發出的熱量對測溫工作帶來的影響。測溫組件整個電路的電壓輸入是相關跟隨器提供的，并且電壓跟隨器是由擁有掉電模式放大器所組合而成的，其作用是可以使溫度監測工作停止時也停止向測溫組件提供電壓，這樣能夠有效的使系統的能耗量減少。并且，由于電壓的供應是依靠電池來完成的，這樣也可以使電池的使用周期得以有效延長。另外，擁有掉電模式能夠對電路中存在的一些誤差有效的補償，更加的提升測溫組件的精準度。

2 壓敏電阻在壓力變送器中的應用

通常我們所用到的壓力變送器包含測壓裝置、測量電流以及過程連接裝置等三個部分。壓力變送器是裝置所測量得到的氣體、液體等壓力數據轉化為相應的電信號，并輸送至相應的二次裝置，以完成對系統的監控和調節。由于壓力傳感器是測量不同部位的實際壓力情況，其通常安裝于管道外部，并且熱力站中壓力變送器運行的環境條件相對惡劣，通常避免不了會遭遇雷電感應，也會經常性的出現過電壓的問題。例如，在相對空曠的平地中，熱力站壓力傳感器就容易被作為帶電云層泄電的一個通道，而因此遭遇雷擊問題。在壓力傳感器中要是單純的采用阻值相對大的壓敏電阻元件，那將會由于殘壓降偏高而影響到后級電路的保護作用，要是單純使用阻值相對小的壓敏電阻元件，將導致壓敏電阻被較為頻繁的啟動，可能會使壓敏電阻在較短時間內被損壞而無法使用，維護工作相對困難，且運行成本也較大。因此，按照熱敏電阻與壓敏電阻所具有的耦合作用，制成了復合型的熱敏電阻，以用于壓力傳感器的過壓保護中。其是將兩個熱敏電阻分別串聯至壓敏電阻兩側，而形成復合型熱敏電阻。這樣的組合形式使得復合型熱敏電阻的熱容量有所提升，同時也為過壓保護裝置在電路中并聯應用提供了一定的技術支撐。

目前，應用于壓力變送器中的壓力電阻大多數為壓力陶瓷電阻。壓力陶瓷電阻擁有非常好的電氣及機械性能，可以被應用在多個領域中當作測量介質。

其整個組件由壓敏芯片、信號數據處理元件和機械構件組合而成。其中陶瓷芯片屬于彈性元件，通過厚膜技術將厚膜電阻燒結于相應的陶瓷膜片之上，構成所需的壓敏電阻元件。當進行測量時，外界的壓力會作用在壓敏電阻的膜片之上，導致陶瓷出現一定的位移，而陶瓷的位移又使電阻值產生一定的改變，并且位移的大小所引起阻值改變和外界的作用壓力呈現線性相關，從而使元件能夠測量出相應的壓力信號。所得到的信號再經過補償與放大，并轉換為標準信號，這樣就能夠將標準信號輸入至儀表中，從而完成了對運行工況的實時監測。陶瓷壓敏電阻應用于壓力變送器中，其是通過高品質的陶瓷元件生產而得，流程簡便，可用于工業化生產，并且電路更加的集成化，使元件生產成本得以降低，能夠顯著地降低整個設備的成本投入。另外，陶瓷擁有非常優良的抗腐蝕性能，用于供熱系統中可以抵抗多種腐蝕介質的侵蝕。

3 結語

熱敏電阻和壓敏電阻均具有各自的特性。壓敏電阻的響應周期非常短，并且抗雷擊的性能優良。因此，壓敏電阻和熱敏電阻在變送器的應用中通常將熱敏電阻安放在外線側，而將壓敏電阻安放在內線一側。如果出現電路短路的情況后，壓敏電阻就會被通電而接地，從而使變送器的電位減小至零，使得變送器裝置被有效的保護。但是在壓敏電阻和熱敏電阻的實際應用中還需要注意以下問題：

1)電阻的阻值和溫度或者壓力呈現出了非常顯著的非線性關系；

2)電阻元件不具備較強的一致性，所以元件的互換性能相對也較差；

3)電阻元件容易受到環境的侵蝕而老化，不具備較強的環境穩定性。

所以，我們在實際的使用過程中，一定要結合不同電阻元件的特性，科學選用適宜的電阻元件，以使變送器的性能可以得到更有效的發揮。

[1] 屈安山.熱敏電阻傳感器在電動機過負荷保護中的應用[J].科技創新與應用，2016(7)：80-81.

[2] 李祥超，陳璞陽，徐 樂，等.溫度保險絲與ZnO壓敏電阻串聯使用中的性能分析[J].電瓷避雷器，2016(2)：94-99.

[3] 孫丹峰，季幼章.壓敏電阻與熱敏電阻組成保安單元[J].電源世界，2014(5)：11-12.

On application of piezoresistor and thermistor

Dai Qianjiu

(Taiyuan Thermal Company, Taiyuan 030024, China)

The paper introduces the features of the piezoresistor and thermistor, illustrates their application in the power protector, temperature transmitter, pressure transmitter, and points out the piezoresistor has lower resistance mutation value while the thermistor is much sensitive to temperature, and the two can form the circuit to undertake the protection function.

piezoresistor, thermistor, temperature transmitter, pressure transmitter

1009-6825(2016)30-0124-02

2016-08-17

戴謙九(1983- )，男，工程師

TN371

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