熱敏電阻是一個(gè)廣泛使用的溫度傳感器和一個(gè)吸引人的替代熱電偶和rds-但僅在一些應(yīng)用。

如果你把所有的消費(fèi)者、工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)藥、與食品有關(guān)的、產(chǎn)品測(cè)試和測(cè)量以及其他需要檢測(cè)的地方都加起來(lái),溫度是最常被評(píng)估和測(cè)量的物理參數(shù)。在某些情況下,閱讀只是一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),主要是為了通知用戶(如"現(xiàn)在外面的溫度是多少?"");在許多情況下,它是閉環(huán)系統(tǒng)的一部分,該系統(tǒng)在理想的設(shè)定點(diǎn)上調(diào)節(jié)和維持系統(tǒng)溫度,或能夠調(diào)整所獲得的數(shù)據(jù),以糾正和補(bǔ)償環(huán)境溫度的變化。

由于評(píng)估溫度的重要性,許多基本類型的傳感器可以用來(lái)感知溫度并創(chuàng)建一個(gè)模擬的電信號(hào)來(lái)表示溫度。其中包括著名的傳感器,如熱電偶、電阻溫度探測(cè)器和固態(tài)傳感器,以及諸如紅外傳感器、光學(xué)傳感器、布拉格反射器和熱線風(fēng)速計(jì)等更為"深?yuàn)W"的方案;還有測(cè)量極端冷(低溫)或高溫(例如等離子體)的復(fù)雜方案。

這個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題將檢查熱敏電阻,一個(gè)基本的,相對(duì)低成本,可靠的溫度傳感器,易于使用和接口。它還將在兩種主要替代品的背景下檢查熱電偶:熱電偶和無(wú)線電終端。

什么是熱敏電阻?

A: 熱敏電阻是具有電阻的傳感元件,電阻隨環(huán)境溫度的變化而變化。它由金屬氧化物半導(dǎo)體組成,壓入一個(gè)小珠、盤、晶圓片或其他容器,并涂上環(huán)氧樹(shù)脂或玻璃。熱敏電阻器是測(cè)量溫度的非常精確和有效的傳感器,盡管只是在有限的范圍內(nèi)。

問(wèn):為什么它們被稱為熱敏器?

A: 這個(gè)名字是從短語(yǔ)熱敏感的反應(yīng)器。

問(wèn):他們的一些重要屬性是什么?

A: 它們提供了任何可比測(cè)量設(shè)備的最佳靈敏度,非常適合捕捉和傳遞較小的溫度變化。它們通常也比RTD有更高的阻力。與RTD不同,熱敏電阻通常是負(fù)溫度系數(shù)器件,這意味著它的電阻隨溫度的增加而降低。

問(wèn):顯而易見(jiàn)的問(wèn)題是,在高水平上,他們?nèi)绾闻crds和熱電偶進(jìn)行比較?

A: 圖1 提供概述。

圖1這一高層概述提供了一個(gè)相對(duì)比較的主要特點(diǎn)熱電偶,rds和熱電偶。

它們是怎樣制作的?他們的圖解圖符號(hào)是什么?

A: 熱電阻器是由金屬和金屬氧化物材料的混合物制成的。一旦混合,材料形成和燃燒(燒結(jié))到所需的形狀.然后可以使用熱電阻作為磁盤風(fēng)格的熱電阻?；蛴勉U線和涂料進(jìn)一步成形和組裝,以形成珠體風(fēng)格的熱敏器( 圖2 ).

圖2(左)熱敏電阻可以看起來(lái)像一個(gè)普通的帶有兩個(gè)導(dǎo)線的微小珠子;(右)它在示意圖上由獨(dú)立選舉委員會(huì)或ANSI符號(hào)表示。

問(wèn):在哪里使用熱敏器?

A: 它們被用于許多不考慮極端溫度的消費(fèi)和中等范圍的情況,如空調(diào)、暖通空調(diào)系統(tǒng)和供水系統(tǒng)。

問(wèn):他們的"包裝"是什么樣子的?

A: 環(huán)氧涂料通常用于低溫設(shè)備(通常為-50-150℃),而玻璃涂料則用于高溫應(yīng)用(通常為-50-300℃)。)較低的、非堅(jiān)硬的消費(fèi)者應(yīng)用程序,如空調(diào),通常把它們當(dāng)作一個(gè)帶銅引線的露珠包,可以焊接到電路板上。更堅(jiān)固的裝置可以用探測(cè)器包裝.

熱敏電阻的尺寸是多少?

A: 它們可以是相當(dāng)小的,像一個(gè)小圓頭。這使它們更容易放置,并確保它們的熱質(zhì)量低,反應(yīng)時(shí)間短。

問(wèn):熱敏電阻的基本類型是什么?

A: 有兩種基本類型。負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻是最常見(jiàn)的熱敏電阻。它的電阻隨著溫度的上升而降低,反之亦然.隨著溫度系數(shù)的增加,電阻隨溫度的增加而增加。PTC版本很少用于溫度測(cè)量,但有其他用途。

問(wèn):PTC版本在哪里使用?

A: PTC熱敏電阻器用作限流裝置或保險(xiǎn)絲。PTC設(shè)備通常采用反向模式,而不是使用環(huán)境溫度的變化來(lái)引起電阻的變化,從而允許溫度測(cè)量。電流的增加,例如馬達(dá)故障或停滯,會(huì)導(dǎo)致自熱增加,進(jìn)而導(dǎo)致電阻增加。這種增加阻礙了電流的流動(dòng),就像一個(gè)限流閥一樣。請(qǐng)注意,這個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題并沒(méi)有討論P(yáng)TC單位的細(xì)節(jié)或它們的限流應(yīng)用;它完全側(cè)重于NTC熱敏電阻器和溫度感知。

問(wèn):熱敏電阻的一些主要特性是什么?

A: 熱敏電阻的靈敏度是RTD的許多倍,但它的有效溫度范圍更有限。隨著溫度的上升,NTC熱敏電阻大幅下降。

問(wèn):熱敏電阻器是否有類似于RDS和熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)?

A: 與熱電偶和rds不同的是,它們對(duì)電阻和溫度以及其他重要屬性都有行業(yè)和監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn),熱敏電阻器沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化,而且與供應(yīng)商的鏈接性要大得多。這并沒(méi)有阻止它們?cè)谶m當(dāng)?shù)膽?yīng)用中被采用。

熱敏電阻器性能

問(wèn):熱敏電阻的溫度與電阻轉(zhuǎn)移功能是什么?

A: 每種熱敏電阻材料提供不同的電阻。溫度曲線。有些材料提供了更好的穩(wěn)定性,而另一些材料具有較高的電阻,這樣它們就可以制造成較大或較小的熱敏電阻。

熱敏電阻的頂級(jí)性能參數(shù)是什么?

A: 許多制造商列出一個(gè)β常數(shù),表明兩個(gè)指定溫度之間電阻的變化。這個(gè)常數(shù)和25℃時(shí)的電阻可以用來(lái)確定一個(gè)特定的熱敏電阻曲線。

熱敏電阻的名義電阻是多少?

A: 它隨供應(yīng)商和特定型號(hào)而變化,但可能高達(dá)幾千歐姆。這一高值提供了一個(gè)更大的輸出量(通常在100歐姆左右)與準(zhǔn)確的測(cè)量電流,并往往消除了對(duì)鉛線電阻補(bǔ)償?shù)男枰?這是規(guī)定在某些配置溫度傳感器。

相對(duì)較低溫度的應(yīng)用(-55至大約70℃)通常使用較低電阻熱敏電阻(2200-10000℃)。較高溫度的應(yīng)用通常使用較高電阻熱敏電阻器(超過(guò)10,000分)來(lái)優(yōu)化電阻在所需溫度下的變化。

與具有相對(duì)較小的名義電阻的rds或熱電偶不同,熱敏電阻器根據(jù)范圍有許多標(biāo)準(zhǔn)電阻。常用的值包括2252分,3千電子束,5千電子束,10千電子束,30千電子束,50千電子束,甚至1千電子束。

問(wèn):熱敏電阻相對(duì)于熱敏電阻的線性變化是什么? 溫度變了?

A: 相比之下,當(dāng)電阻幾乎線性變化時(shí),NTC熱敏電阻具有高度的非線性變化( 圖3 )。設(shè)計(jì)者必須在系統(tǒng)中適應(yīng)這種情況,或者采用非線性工作,或者設(shè)計(jì)一些線性化方案。然而,它們?cè)诓煌瑴囟认碌母唠娮枳兓峁┝烁玫姆直媛?提供了明顯的優(yōu)勢(shì),而不是較小的傳感范圍。

圖3這三個(gè)傳感器的溫帶電阻(或電壓,熱電偶)曲線非常明顯,顯示出它們之間的明顯差異。

熱敏電阻的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性如何?

A: 熱電阻器是最精確的溫度傳感器類型之一,根據(jù)傳感器模型,高性能傳感器的精確度可達(dá)到+0.1℃或+0.2℃。然而,這一精確度是以"價(jià)格"計(jì)算的,因?yàn)樗荒茉谙喈?dāng)有限的溫度范圍內(nèi),例如0-100℃范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于許多消費(fèi)者和其他應(yīng)用程序來(lái)說(shuō),這通常不是一個(gè)問(wèn)題。

問(wèn):在選擇應(yīng)用程序的"最佳"或最合適的溫度傳感器時(shí),熱敏電阻在關(guān)鍵性能屬性方面如何與熱電偶和rds進(jìn)行比較?

A: 圖4 提供了一個(gè)很好的總結(jié)。然而,與所有這些摘要一樣,也有例外和例外情況或定制單位可能與這些概括相抵觸。

圖4該表更詳細(xì)地展示了三種傳感器類型的比較性能屬性。

熱敏電阻的基本接口電路是什么樣的?

A: 許多電路甚至專用集成電路都有用于此應(yīng)用,它們都使用一個(gè)源驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)入設(shè)備,測(cè)量電壓降或放置在其上的電壓源,并測(cè)量電流流。然后可以擴(kuò)展基本電路的校準(zhǔn)和補(bǔ)償功能,故障和斷線檢測(cè),A/D轉(zhuǎn)換器等。

你能舉個(gè)例子嗎?

A: 圖5 顯示驅(qū)動(dòng)熱敏電阻和電壓源的基本電流源。雖然它們看起來(lái)很相似,但與電壓源(VTF)相比,電流源設(shè)置和在每種情況下測(cè)量的值有明顯的不同。

圖5當(dāng)前源接口(左)和伏特源接口(右)是簡(jiǎn)單和幾乎相同的。但是,它們?cè)谂c熱敏電阻的刺激/反應(yīng)的相互作用上還是有很大的不同。

結(jié)論

熱敏電阻為設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)可行的選擇,在適當(dāng)?shù)那闆r和應(yīng)用中測(cè)量溫度。它們通常被與熱電偶和無(wú)線電終端相比較,在許多應(yīng)用中,它們可以是成本效益高、性能高的傳感器,但它們不適合或不適合其他應(yīng)用。