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淺談熱電阻定義、用途、類型、特性、結構及其操作理念

來源:發表時間:2019-02-22

   什么是热电阻?

    热电阻被定义为一个类型的电阻器,其电阻随温度的变化而变化。虽然所有电阻器的电阻随温度会略有波动,但热电阻对温度变化特别敏感。热电阻充当电路中的无源元件。它们是一种准确,廉价且稳健的温度测量方法。虽然它们在极热或极冷的温度下不能很好地工作,但它们是许多不同应用的首选传感器。本文详细介绍了热电阻定义、用途、类型、特性、结构及其操作理念。当需要精确的温度读数时,它们是理想的选择。热电阻的电路符号如下所示:

    热电阻的用途

    上海自動化儀表三廠的熱電阻具有多種應用。它們被廣泛用作在許多不同的液體和環境空氣環境中作爲熱電阻溫度計測量溫度的方法。熱電阻的一些最常見用途包括:

    1、数字温度计(恒温器)

    2、汽车应用(测量汽车和卡车的油温和冷却液温度)

    3、家用电器(如微波炉,冰箱和烤箱)

    4、电路保护(即电涌保护)

    5、可充电电池(确保维持正确的电池温度)

    6、测量电气材料的导热系数

    7、温度补偿(即保持电阻以补偿电路另一部分温度变化引起的影响)

    8、用于惠斯通电桥电路


    热电阻如何工作?

    上海自動化儀表三廠的热电阻的工作原理是其电阻取决于其温度。我们可以使用欧姆表测量热电阻的电阻。如果我们知道温度变化如何影响热电阻的电阻之间的确切关系 - 那么通过测量热电阻的电阻,我们可以得出它的温度。

    电阻变化多少取决于热电阻中使用的材料类型。热电阻的温度和电阻之间的关系是非线性的。典型的热电阻图如下所示:


    如果我们有一个带有上述温度图的热电阻,我们可以简单地将欧姆表测量的电阻与图中指示的温度对齐。通过在y轴上的电阻上画一条水平线,并从该水平线与图形相交的地方画一条垂直线,我们可以得出热电阻的温度。

    热电阻类型

    有两种类型的热电阻:

    1、负温度系数(NTC)热电阻

    2、正温度系数(PTC)热电阻

    NTC热电阻

    在NTC热电阻中,当温度升高时,电阻降低。当温度降低时,阻力增加。因此在NTC热电阻温度和电阻成反比。这些是最常见的类型themistor。

    NTC热电阻中电阻和温度之间的关系由以下表达式控制:


    哪里:

    R T是温度T(K)时的电阻

    R 0是温度T 0(K)的电阻

    T 0是参考温度(通常为25 o C)

    β是常数,其值取决于材料的特性。标称值取为4000。

    如果β的值高,则电阻 - 温度关系将非常好。较高的β值意味着在相同温度升高时电阻的变化较大 - 因此您增加了热电阻的灵敏度(以及精度)。从表达式(1),我们可以获得电阻温度系数。这只不过是热电阻灵敏度的表达。


    上面我们可以清楚地看到αT有一个负号。该负号表示NTC热电阻的负电阻 - 温度特性。

    如果β= 4000 K和T = 298 K,则α ? = -0.0045 / ? K.这比铂RTD的灵敏度高得多。这将能够测量温度的非常小的变化。然而,现在可以获得具有正温度系数的重掺杂热电阻的替代形式(以高成本)。表达式(1)使得即使在很小的温度范围内也不可能对曲线进行线性近似,因此热电阻绝对是非线性传感器。

    PTC热电阻

    PTC热电阻具有温度和电阻之间的反向关系。当温度升高时,电阻增加。当温度降低时,电阻会降低。因此在PTC热电阻中温度和电阻成反比。尽管PTC热电阻不像NTC热电阻那样常见,但它们经常被用作电路保护的一种形式。与保险丝的功能类似,PTC热电阻可以起到作用限流 设备。当电流通过器件时,会产生少量的电阻加热。如果电流足够大以产生比设备可能损失到其周围环境更多的热量,则设备会加热。在PTC热电阻中,这种升温也会导致其电阻增加。这会产生自增强效应,从而向上驱动阻力,从而限制电流。通过这种方式,它可以作为限流装置保护电路。

    热电阻特性

    控制热电阻特性的关系如下:


    哪里:

    R 1 =绝对温度T 1 [ o K]时热电阻的电阻

    R 2 =温度T 2 [ o K]时热电阻的电阻

    β=常数取决于换能器的材料

    我们可以在上面的等式中看到温度和电阻之间的关系是高度非线性的。一个标准的NTC热电阻,通常显示出约0.05 /负的热电阻温度系数? C.

    热电阻结构

    为了制造热电阻,将两种或更多种由金属氧化物制成的半导体粉末与粘合剂混合以形成浆料。在引线上形成小滴的该浆料。为了干燥,我们必须将其放入烧结炉中。在此过程中,浆料将收缩到引线上以形成电连接。通过在其上放置玻璃涂层来密封该处理过的金属氧化物。这种玻璃涂层为热电阻提供了防水性能 - 有助于提高其稳定性。


    市场上有不同形状和尺寸的热电阻。较小的热电阻是直径为0.15毫米至1.5毫米的珠子形式。热电阻也可以是圆盘和垫圈的形式,其通过在高压下将热电阻材料压制成直径为3毫米至25毫米的扁平圆柱形状而制成。


    温度传感器的类型

    热电阻的典型尺寸为0.125mm至1.5mm。可商购的热电阻具有1K,2K,10K,20K,100K,的标称值等。该值表示在25的温度下的电阻值ò C.

    热电阻有不同的型号:珠型,棒型,圆盘型等。热电阻的主要优点是体积小,成本相对较低。

這種尺寸優勢意味著在護套中操作的熱電阻的時間常數很小,盡管尺寸減小也降低了其散熱能力,因此使自熱效應更大。這種效應會永久損壞熱電阻。

    为了防止这种情况,与电阻温度计相比,热电阻必须在低电流水平下工作 - 导致测量灵敏度降低。

    热电阻与热电偶

    热电阻和热电偶之间的主要区别是:

    热电阻:

    1、更窄的传感范围(55至+150 o C - 尽管这取决于品牌)

    2、感应参数=电阻

    3、非线性 传感参数(电阻)与温度之间的关系

    4、随着温度的升高,NTC热电阻的电阻大致呈指数下降

    5、适用于检测温度的微小变化(很难准确地使用热电阻,并且在超过50 o C范围内具有高分辨率)。

    6、传感电路简单,不需要放大,非常简单

    7、没有校准,精度通常很难比1 o C 好

    热电偶:

    1、具有广泛的温度传感范围(T = -200-350 o C; J = 95-760°C; K = 95-1260°C;其他类型温度更高)

    2、可以非常准确

    3、传感参数=不同温度下结点产生的电压

    4、热电偶电压相对较低

    5、线性 传感参数(电压)与温度之间的关系

    热电阻与RTD

    电阻温度检测器(也称为RTD传感器)与热电阻非常相似。RTD和热电阻都具有取决于温度的不同电阻。

    两者之间的主要区别在于它们的材料类型。热电阻通常由陶瓷或聚合物材料制成,而RTD由纯金属制成。在性能方面,热电阻几乎在所有方面都获胜。

    上海自動化儀表三廠的热电阻比RTD更准确,更便宜,响应时间更快。热电阻与RTD的唯一真正缺点是温度范围。RTD可以在比热电阻更宽的范围内测量温度。除此之外,没有理由在RTD上使用热电阻。


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