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第二章 电阻式传感器 2－1 §2-4热敏电阻 §2-4-1热敏电阻模型 热敏电阻是电阻随温度变化的半导体材料。 有两种类型热敏电阻： 正温度系数，PTC (Positive Temperature Coefficient) 负温度系数，NTC(Negative Temperature Coefficient) 负温度系数（ NTC）：温度升高时，载流子数增加，电阻降低。 电阻变化随温度呈指数关系： Rr=R0eB(1/T-1/T0) 2-4-1 R0 -- 25℃(或其它参考温度)时的电阻 T0 -- 25℃(或其它参考温度)时的绝对温度K （T0 = 273.15 ℃ + 25℃≈298 ℃） B -- 材料的特征温度 几种负温度系数热敏电阻的电阻－温度曲线 NTC等效电阻温度系数或相对灵敏度为 α＝ （dRT/dT)/RT ＝-B/T2 2-4-2 例2.4.1 另一种NTC热敏电阻的模型是RT=AeB/T试确定一个在25℃时具有B=4200K及100kΩ的热敏电阻的A,并计算在0 ℃和100 ℃时的α值。 由(2-4-1),得到 A= R0e-B/T0 = (100K Ω)e-(4200K)/（273.15+25K） = 0.0762 Ω 在0℃(273.5K)时, α0＝ -B/T2 ＝ -(4200K)/(273.15K)2 ＝ -0.0563/K 在100℃(373.5K)时, α100＝ -B/T2 ＝ -(4200K)/(373.15K)2 ＝ -0.0302/K B可以通过测量在两个参考温度(T1,T2)下的阻值(R1,R2）进行计算,由(2-4-1)有, B=ln(R2/R1) / (1/T1-1/T2) 2-4-3 例2.5试计算25℃时具有5000Ω 和60℃时具有1244Ω的负温度系数(NTC)热敏电阻的B。 根据式(2-4-3) B= ln(1244 Ω / 5000Ω ) / (1/(273.15K+60K)-1/(273.15K+25K)) = 3948K 正温度系数热敏电阻PTC 根据成分和掺杂程度，有两种正温度系数热敏电阻。 陶瓷正温度系数热敏电阻： 在到达居里温度时，电阻突然增加； 电阻温度系数可高达100％/ ℃ 转换温度定义为两倍电阻最小值相对应的温度， 半导体可变电阻器：(掺杂硅热敏电阻) 在－60~ 150℃范围内硅电阻器服从下列规律： RT=R25 ((273.15K+T)/298.15K) 2.3 2-4-3 热敏电阻特点 优点 灵敏度高，对温度可给出高分辩率； 其高电阻率允许生产具有快速相应和长连接导线的热敏电阻； 容易模压到封装壳中，坚固耐用。 缺点 不如热电阻稳定； 通过老化可提高稳定性； 非线性程度远高于热电阻 存在互换性问题； 更换热敏电阻后需要重新调整电路。 §2-4-2热敏电阻的类型和应用 负温度系数热敏电阻是将金属和掺杂氧化物，进行混合和烧制并利用环氧树脂封装制成的。 开关型正温度系数热敏电阻是基于钛酸钡的陶瓷圆片，再附加钛酸铅或钛酸锆用于开关温度进行微调。可提供转换温度为－80~350℃的电阻。 半导体可变电阻是建立在掺杂硅的基础上，常用于要求温度系数为0.77%℃的半导体器件和电路的补偿工作。 各种形状的负温度系数热敏电阻 温度测量 探头式、箔式、片式、小珠式和圆片式 温度补偿和控制 垫片式、棒式、其它圆片式 生物医学 SMD（表面封装）型 常用负温度系数热敏电阻一般特性 负温度系数热敏电阻的应用 温度测量 汽车冷却水的温度 温度补偿电路 铜线圈正温度系数＋NTC 温度控制 液位控制 汽车润滑油 进行连接时的时间延迟 开关型正温度系数热敏电阻的应用 单相电机的启动 汽车冷却水的温度 自动去磁电路 铜线圈正温度系