由于PN结不能耐高温，所以集成温度传感器通常测量150 °C以下的温度。这类电压输出型集成温度传感器特别适合于工业现场测量。AD590是美国模拟器件公司生产的单片机集成两端温度传感器，如图3-46所示。图3-46 AD590的封装形式和电路符号3.频率输出式集成温度传感器频率输出式集成温度传感器的特点是输出方波的频率与热力学温度成正比，频率温度系数Kf的单位是Hz/K，典型产品是MAX6677，以热力学温度定标。......
2023-06-22
热电阻与热敏电阻传感器及其应用
【摘要】：热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。此外铜热电阻易被氧化，不宜在侵蚀性介质中使用。热电阻传感器的测量电路最常用的是电桥电路。半导体热敏电阻根据随温度变化的典型特性分为三种类型：负温度系数热敏电阻NTC、正温度系数热敏电阻PTC和在某一特定温度下电阻值发生突然变化的临界温度电阻器CTR。
热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。
1.热电阻
纯金属是构成热电阻的主要材料，虽然大多数金属都有一定的温度系数，但作为测温元件必须具有良好的线性、稳定性和较高的电阻率。因此目前常用的金属材料主要是铂和铜。
铂具有稳定的物理、化学性能，是目前制造热电阻的最好材料，它通常用作温度的基准、标准的传递，铂电阻温度计的使用范围是－200～850 °C。其主要缺点是在还原气氛中容易被侵蚀变脆，因此一定要加保护套管，如图3-27（a）所示。铜热电阻和铂电阻相比具有温度系数大、价格低、易于提纯等优点，但也存在电阻率小、体积较大、热惯性大、机械强度差等缺点。在测量精度要求不高，且测温范围比较小的情况下，可采用铜作热电阻材料代替铂电阻，如图3-27（b）所示。
图3-27 金属热电阻
铜热电阻也是一种常用的热电阻。由于铂热电阻价格高，在一些测量精度要求不高而且测量温度较低的场合（如－50～150 °C），普遍采用铜热电阻。其电阻温度系数较铂热电阻高、容易提纯、价格低廉。铜热电阻最主要的缺点是电阻率较小，为铂热电阻的1/5.8，因而铜热电阻的电阻丝细且长，机械强度较低，体积较大。此外铜热电阻易被氧化，不宜在侵蚀性介质中使用。
铜热电阻在－50～150 °C的适用范围内其电阻值与温度的关系几乎是线性的，可表示为
式中 Rt、R0——热电阻在t °C和0 °C时的电阻值；
a——铜热电阻的电阻温度系数，a为4.25×10-3～4.28×10-3°C－1。
热电阻主要由电阻体、绝缘套管和接线盒等组成。其结构如图3-28所示。电阻体的主要组成部分为：电阻丝、引出丝、骨架等。
图3-28 热电阻的结构
在骨架上绕制好热电阻丝、焊好引线之后，在其外面加上云母片进行保护，再装入外保护套管中，并和接线盒或外部导线相连接，即得到热电阻传感器。
值得注意的是，不论是铂热电阻还是铜热电阻，阻值都较小，所以引线电阻不能忽视。热电阻传感器的测量电路最常用的是电桥电路。工业用的热电阻安装在生产现场，离控制室较远，热电阻的引出线对测量结果有较大影响。为了减小引出线电阻的影响，常采用三线制或四线制连接方法。
如图3-29（a）所示，在电阻体的一端连接两根引出线，另一端连接一根引出线，此种引出线方式称为三线制。当热电阻和电桥配合使用时，这种引出线方式可以较好地消除引出线电阻的影响，提高测量精度。
如图3-29（b）所示，在电阻体的两端各连接两根引出线称为四线制，这种引出线方式可以消除连接线电阻和寄生电动势影响引起的误差，主要用于高精度的温度测量。
图3-29 热电阻传感器的测量电路
2.热敏电阻
半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随温度变化的性质而制成的温度敏感元件，半导体和金属具有完全不同的导电机理。热敏电阻的材料为锰、钴、铜、铁、锌等的氧化物的混合物。半导体热敏电阻与金属热电阻相比较，具有灵敏度高、体积小、热惯性小、响应速度快等优点；但目前它存在的主要缺点是互换性和稳定性较差，非线性严重，且不能在高温下使用，所以限制了其应用领域。
半导体热敏电阻根据随温度变化的典型特性分为三种类型：负温度系数热敏电阻NTC、正温度系数热敏电阻PTC和在某一特定温度下电阻值发生突然变化的临界温度电阻器CTR。它们的特性曲线如图3-30所示。
图3-30 半导体热敏电阻随温度变化的特性曲线
PTC热敏电阻具有正温度系数，由酸钡掺和稀土元素烧结而成。它的主要用途有彩电消磁、各种电器设备的过热保护、发热源的定温控制、限流元件等。CTR热敏电阻具有负温度系数，以三氧化二钒与钡、硅等氧化物在磷、硅氧化物的弱还原气氛中混合烧结而成。它的主要用途为温度开关。NTC热敏电阻具有很高的负电阻温度系数，主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等过渡金属氧化物混合烧结而成。它的主要应用有点温、表面温度、温差、温场等测量自动控制及电子线路的热补偿线路。
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