溫度傳感器及熱敏元件知識

?溫度傳感器及熱敏元件知識
溫度傳感器主要由熱敏元件組成。熱敏元件品種教多，市場上銷售的有雙金屬片、銅熱電阻、鉑熱電阻、熱電偶及半導體熱敏電阻等。以半導體熱敏電阻為探測元件的溫度傳感器應用廣泛，這是因為在元件允許工作條件范圍內(nèi)，半導體熱敏電阻器具有體積小、靈敏度高、精度高的特點，而且制造工藝簡單、價格低廉。

1.半導體熱敏電阻的工作原理
按溫度特性熱敏電阻可分為兩類，隨溫度上升電阻增加的為正溫度系數(shù)熱敏電阻，反之為負溫度系數(shù)熱敏電阻。
⑴ 正溫度系數(shù)熱敏電阻的工作原理
此種熱敏電阻以鈦酸鋇（BaTio3）為基本材料，再摻入適量的稀土元素，利用陶瓷工藝高溫燒結(jié)爾成。純鈦酸鋇是一種絕緣材料，但摻入適量的稀土元素如鑭（La）和鈮（Nb）等以后，變成了半導體材料，被稱半導體化鈦酸鋇。它是一種多晶體材料，晶粒之間存在著晶粒界面，對于導電電子而言，晶粒間界面相當于一個位壘。當溫度低時，由于半導體化鈦酸鋇內(nèi)電場的作用，導電電子可以很容易越過位壘，所以電阻值較??；當溫度升高到居里點溫度（即臨界溫度，此元件的‘溫度控制點’ 一般鈦酸鋇的居里點為120℃）時，內(nèi)電場受到破壞，不能幫助導電電子越過位壘，所以表現(xiàn)為電阻值的急劇增加。因為這種元件具有未達居里點前電阻隨溫度變化非常緩慢，具有恒溫、調(diào)溫和自動控溫的功能，只發(fā)熱，不發(fā)紅，無明火，不易燃燒，電壓交、直流3～440V均可，使用壽命長，非常適用于電動機等電器裝置的過熱探測。
⑵ 負溫度系數(shù)熱敏電阻的工作原理
負溫度系數(shù)熱敏電阻是以氧化錳、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅和氧化鋁等金屬氧化物為主要原料，采用陶瓷工藝制造而成。這些金屬氧化物材料都具有半導體性質(zhì)，完全類似于鍺、硅晶體材料，體內(nèi)的載流子（電子和空穴）數(shù)目少，電阻較高；溫度升高，體內(nèi)載流子數(shù)目增加，自然電阻值降低。負溫度系數(shù)熱敏電阻類型很多，使用區(qū)分低溫（-60～300℃）、中溫（300～600℃）、高溫（>600℃）三種，有靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應快、壽命長、價格低等優(yōu)點，廣泛應用于需要定點測溫的溫度自動控制電路，如冰箱、空調(diào)、溫室等的溫控系統(tǒng)。
熱敏電阻與簡單的放大電路結(jié)合，就可檢測千分之一度的溫度變化，所以和電子儀表組成測溫計，能完成高精度的溫度測量。普通用途熱敏電阻工作溫度為-55℃～+315℃，特殊低溫熱敏電阻的工作溫度低于-55℃，可達-273℃。

2.熱敏電阻的型號
我國產(chǎn)熱敏電阻是按部頒標準SJ1155-82來制定型號，由四部分組成。
第一部分：主稱，用字母‘M’表示 敏感元件。
第二部分：類別，用字母‘Z’表示正溫度系數(shù)熱敏電阻器，或者用字母‘F’表示負溫度系數(shù)熱敏電阻器。
第三部分：用途或特征，用一位數(shù)字（0-9）表示。一般數(shù)字‘1’表示普通用途，‘2’表示穩(wěn)壓用途（負溫度系數(shù)熱敏電阻器），‘3’表示微波測量用途（負溫度系數(shù)熱敏電阻器），‘4’表示旁熱式（負溫度系數(shù)熱敏電阻器），‘5’表示測溫用途，‘6’表示控溫用途，‘7’表示消磁用途（正溫度系數(shù)熱敏電阻器），‘8’表示線性型（負溫度系數(shù)熱敏電阻器），‘9’表示恒溫型（正溫度系數(shù)熱敏電阻器），‘0’表示特殊型（負溫度系數(shù)熱敏電阻器）
第四部分：序號，也由數(shù)字表示，代表規(guī)格、性能。
往往廠家出于區(qū)別本系列產(chǎn)品的特殊需要，在序號后加‘派生序號’，由字母、數(shù)字和‘-’號組合而成。
例： M Z 1 1

3.熱敏電阻器的主要參數(shù)
各種熱敏電阻器的工作條件一定要在其出廠參數(shù)允許范圍之內(nèi)。熱敏電阻的主要參數(shù)有十余項：標稱電阻值、使用環(huán)境溫度（最高工作溫度）、測量功率、額定功率、標稱電壓（最大工作電壓）、工作電流、溫度系數(shù)、材料常數(shù)、時間常數(shù)等。其中標稱電阻值是在25℃零功率時的電阻值，實際上總有一定誤差，應在±10%之內(nèi)。普通熱敏電阻的工作溫度范圍較大，可根據(jù)需要從-55℃到+315℃選擇，值得注意的是，不同型號熱敏電阻的最高工作溫度差異很大，如MF11片狀負溫度系數(shù)熱敏電阻器為+125℃，而MF53-1僅為+70℃，學生實驗時應注意（一般不要超過50℃）。
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4 實驗用熱敏電阻選擇
首選普通用途負溫度系數(shù)熱敏電阻器，因它隨溫度變化一般比正溫度系數(shù)熱敏電阻器易觀察，電阻值連續(xù)下降明顯。若選正溫度系數(shù)熱敏電阻器，實驗溫度應在該元件居里點溫度附近。
例MF11普通負溫度系數(shù)熱敏電阻器參數(shù)
主要技術(shù)參數(shù)名稱 參數(shù)值 MF11熱敏電阻符號外形圖
標稱阻值（kΩ） 10～15 片狀外形 符號
額定功率 （W） 0.25
材料常數(shù)B范圍（k） 1980～3630
溫度系數(shù)（10-2/℃） -（2.23～4.09）
耗散系數(shù)（mW/℃） ≥5
時間常數(shù)（s） ≤30
最高工作溫度（℃） 125
粗測熱敏電阻的值，宜選用量程適中且通過熱敏電阻測量電流較小萬用表。若熱敏電阻10kΩ左右，可以選用MF10型萬用表，將其擋位開關(guān)撥到歐姆擋R×100，用鱷魚夾代替表筆分別夾住熱敏電阻的兩引腳。在環(huán)境溫度明顯低于體溫時，讀數(shù)10.2k ,用手捏住熱敏電阻，可看到表針指示的阻值逐漸減小；松開手后，阻值加大，逐漸復原。這樣的熱敏電阻可以選用（最高工作溫度100℃左右）。