数据处理：

一、热敏电阻温度特性的测量

(温度T=t+373.15K)

由上述实验测量数据作出MF11型热敏电阻--温度曲线，如下：

由以上两图可见，R-T曲线为类e指数衰减曲线，LnR--1/T曲线近似为直线。所以，MF11型热敏电阻阻值随温度升高非线性减小，验证了其电阻--温度特性符合如下函数关系:

二、温度--电压变换电路的设计

由以上数据作出电压--温度曲线，如下：

由计算机处理得定标函数为：

t = 28.901Vt + 0.0227

    相关系数r=0.9997

斜率的标准差为

截距的标准差为

如图所示，经变换电路的设计和调试后，输出电压信号与热敏电阻所检测的环境温度基本呈线性关系。

实验结论：

1.熟悉了温度传感器工作机制，并测量了热敏电阻温度特性；

2.掌握了温度传感器电路设计的基本思想，经过调试使输出电压信号与热敏电阻所检测的环境温度基本呈线性关系。

误差分析：

1.温度计与热敏电阻接触，所测温度不能保证为电阻实际温度；

2.温度计与电压示数读取不能保证完全同步，存在误差；

3.变换电路调整时，电阻阻值调节存在一定误差。

注意事项：

1.加热器温度不能太高，控制在120℃以下，否则将可能损坏加热器；

2..温度计读数时注意视线与液柱凹液面相平；

3.确定温度后电压读取应迅速，否则可能读取错误的示数；

4.加热过程中不要用手触摸加热盘，以防烫伤。

第二篇：热敏电阻器

热敏电阻器　

　　袁德昌　

１　　前言　

热敏电阻器（ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）是其电阻值对温度极为敏感的１种电阻器，也称为半导体热敏电阻器，属于敏感电阻器的１个种类。它用单晶材料、多晶材料以及玻璃、塑料等材料制成。热敏电阻器的主要特点是对温度灵敏度高、热惰性小、寿命长、体积小、结构简单，可以采用各种不同的外形结构。这种元件已获得广泛的应用，例如温度测量、温度控制、温度补偿、液面测定、气压测定、火灾报警、气象探测、脉冲电压抑制、开关电路、过载保护、时间延迟、稳定振幅、自动增益调整、微波和激光功率测量等。随着现代军事技术，特别是空间技术的发展，对热敏电阻器除了要求高可靠、长寿命、超高温和超低温工作外，还需要大批量灵敏度更高、不需致冷、性能更加优良的测量辐射功率的热敏元器件。　

　２　　热敏电阻器的应用　

现在，热敏电阻器能获得广泛应用的原因是它具有一系列特殊的电性能，最基本的特性是其阻值随温度的变化有极为显著的变化量，以及伏—安特性曲线的非线性。按阻值温度系数可分为负温度系数　（ＮＴＣ）和正温度系数（ＰＴＣ）热敏电阻器。　　

２．１　　过电流检测　

　　　　现代开关电源由于其高效率、小型化的优点而为电子设备的主流电源。但是另一方面，因高频化、微型化的要求，使得解决开关电源工作时的发热问题变得越来越重要，异常情况时过电流和大容量滤波电容器的冲击电流问题也必须得到解决。　

如果将电阻值较低的ＰＴＣ热敏电阻器放人开关电源电路中，电压降和功耗都很小，而当有过大的异常电流流过时，因ＰＴＣ热敏电阻器自身的发热，使其电阻值迅速增加而变成大电阻器，从而实现限流作用。同样道理，ＰＴＣ热敏电阻器构成的过电流保护电路具有复原的特性，解除发生过电流的原因后即可恢复到原来的电阻值，无需象电流保险丝那样进行更换。另外，因电涌而引起的误动作以及故障少是它的另一大特点。　　

２．２　　过热检测　

　　　　对于高密度、高输出的开关电源来说，解决发热问题十分重要。以前，通常采用放置能散热的元件或散热片、强制气冷、风扇等方法，但即使采用了这些方法，因为使用状况和使用环境的不同，也会发生超过容许温度值以上的情况。这时，非常需要使用温度检测元件，当达到异常温度时，能够强制抑制其输出。　

　　　　　ＰＴＣ热敏电阻器具有正的电阻温度特性，对于想检测的过热温度有很好的敏感度。因此，用ＰＴＣ热敏电阻器作为温度传感器，简单的电路结构就可以实现过热保护功能。这样，就能够防止电子设备冒烟、放火花等故障，防患于未然。而且，使用ＰＴＣ热敏电阻器保护电路的另一个特点是解除异常发热的原因后，电子设备系统可以回到正常工作状态，也无需象使用温度保险丝等元件那样必须进行更换。　　

２．３　　抑制过冲电流　

　　　　每当开关电源启动时，伴随滤波电容器的初期充。　电会产生过冲电流。这种电流可以达到正常工作电流的１０倍以上，可能造成二极管、开关、保险丝等电子元器件发生故障。为了抑制过冲电流，在输入端的滤波电容器处串人ＮＴＣ热敏电阻器。由于其具有负的电阻温度特性，随着温度的升高，电阻值逐渐减小，因此在电源启动初期，它的电阻大能抑制过冲电流，之后，随着电流的流过、自身发热（焦耳热），从而使其电阻值降低，得以限制功耗。　　　　　除了使用ＮＴＣ热敏电阻器外，还可以使用固定电阻器构成过冲电流抑制电路。但是，这种电路在正常工作状态下的功耗非常大，对节省能源很不利。当然，可以在固定电阻器上并联电磁继电器或三端双向可控硅等开关元件，当电源进入正常工作状态后将此开关接通，可以限制正常工作状态下的功耗，但这种方法将导致元件数量增多，还需要开关元件的驱动电路，这又成为一个问题。显而易见，ＮＴＣ热敏电阻器是最适合节省能源的抑制过冲电流的电子元件。　

　　２．４　　热敏电阻功率计和辐射热探测器　

　　　　将热敏电阻器接在电桥的１个臂上，在电桥的对角线上连接１个灵敏电流计。在高频功率辐射下，热敏电阻器的阻值会发生变化，辐射功率越大或者电阻值越低，电流表的表针偏转就越大。这种功率计采用珠式热敏电阻器作为敏感元件，与铂金丝和铋锑薄膜相比，其优点是灵敏度高，耐负苛能力强，可以调节最佳工作点，使用方便等。　　　　　热敏电阻辐射热探测器是利用热敏材料接受辐射后能引起温升而使电阻值变化的原理制成的。热敏元件通常采

用薄膜状电阻体，因此有时又称为薄膜热敏电阻器。电阻体材料是氧化物半导体，如锗、硅等半导体。电阻体可以附着在玻璃、陶瓷、蓝宝石等基片上。大多数辐射热探测器都是在１个密封的金属外壳内装置２个热敏电阻体，其中１个是工作体，另１个是作为环境温度补偿用的电阻值。外壳顶端是电磁辐射能穿透的窗口，有的采用透镜浸没结构，借透镜的聚焦作用可以提高探测度。现在，辐射热探测器的用途非常广泛，能用于检测从无线电波到红外光各种波长的电磁辐射能，也可以用于激光功率测量。更多的是用作红外光接收器、红外辐射温度计、红外分光计、　　红外图像仪、红外显微镜、红外分析仪等，在空间领域特别是在军事领域还有重大的使用价值。　

　３　　热敏电阻器的分类　

由于热敏电阻器的种类繁多，通常按阻值温度系数分为正电阻温度系数和负电阻温度系数热敏电阻器；按其阻值随温度变化的大小可分成缓变型和突变型；按其受热的方式不同可以分为直热式和旁热式；按其工作的温度范围可以分为常温、高温和超低温热敏电阻器；按其结构分类，有棒状、垫圈状、珠状、圆片、方片、线管状、薄膜和厚膜等热敏电阻器。　　

３．１　　ＮＴＣ热敏电阻器　

　　　　该电阻器在工作温度范围内，电阻值随温度升高而急剧减小。其阻值温度特性一般符合以下指数规律：　

Ｂ／Ｔ　　　　ＲＴ＝Ｒ０ｅ式中，ＲＴ是对应于温度了（Ｋ）的阻值，及。是条件电阻，Ｂ是材料常数，了是绝对温度。　

它是采用负电阻温度系数很大的多晶金属如铁、钴、镍、铜、锰、钛、钒等的氧化物半导体制造的。首先根据用途选取适当氧化物成分和配比量，制成各种不同结构，然后经过高温烧结、印出电极、调整阻值、表面保护，即可制成不同类型的产品。也可采用硅、锗、玻璃等材料。这种电阻器的作用原理是当温度升高时，载流子受热激发，使半导体内的载流子浓度大大增加，从而使电阻值急剧地下降。　

　３．２　　ＰＴＣ热敏电阻器　

　　　　在工作温度范围内，电阻值随温度的升高而急剧增大的电阻器称为正温度系数热敏电阻器。其阻值温度特性一般符合以下指数规律：　

ＡＴ　　　　ＲＴ＝Ｒ０ｅ式中，ＲＴ是对应于温度了（Ｋ）的电阻值，Ｒ。是条件电阻，Ａ温度系数，了是绝对温度。　

　　　　生产ＰＴＣ热敏电阻器的工艺，一般是在钛酸钡半导体陶瓷中添加微量稀土元素，如铈、钕、钐、镧等，或另一些杂质元素如铋、铌、锑等，经过配料、成型、烧　

　　

　　结、上电极和包封老化等工艺制成。也可以采用硅、锗　

　　和碳化硅半导体材料。单纯的ＢａＴｉＯ３陶瓷是Ｐ型，在　

１１　Ωｍ　　常温下具有极高的电阻率（ｐ＝１０）。如果在　

　　ＢａＴｉＯ３中进行施主掺杂（例如镧、铌等材料）使其半导　

　　体化，当温度达到居里点时，半导体ＢａＴｉＯ，的相位由　

　　四方晶形向立方晶形快速转变，此时，电阻率会剧增　

　　几个数量级。ＰＴＣ热敏电阻器就是利用这个原理制成　

　　的，并已广泛地应用于温度测量、温度控制和补偿、限　

　　流和稳压装置、延时继电器、自动消磁设备的过热保　

　　护等方面。　

　　３．３　　直热式和旁热式热敏电阻器　

直热式热敏电阻器的加热电流直接通过电阻体使其自热，或者直接受环境温度影响而改变阻值。它与旁热式热敏电阻器的不同之处是无加热器。旁热式热敏电阻器又称间热式热敏电阻器，通常的制作方法是把热敏电阻体放置在特制的加热线圈内，在二者之间涂覆绝缘材料，再封装在真空玻璃管中。这种热敏电阻器的加热电流不直接通过电阻体，而是通过加热线圈，热敏电阻体的阻值随加热功率的大小而变化。它们主要用于放大器的增益自动控制、自动调节电平、无触点电位器等。　　

３．４　　圆片、方片与薄片状热敏电阻器　

　　　　圆片状热敏电阻器是将配制好的热敏电阻材料经过轧膜或压制成型，高温烧结后涂烧电极，焊接好引出线，再精心涂覆保护层而制成。圆片的直径一般为１　ｍｍ～３０ｍｍ，厚度为０．２ｍｍ～１０ｍｍ。这种电阻器大量用作温度补偿和普通的测量元件。方片热敏电阻器的外形结构呈长方形或正方形，其尺寸一般为　１　ｍｍ—３０ｍｍ，厚度是０．２ｍｍ—２ｍｍ。它的制造工艺和应用范围与圆片热敏电阻器相同。薄片状热敏电阻器是用金属氧化物半导体粉料加入有机粘合剂，混合加工成乳状物，在光滑的玻璃上涂成膜，待膜干后再剥离，并切成所需的尺寸和形状体，放在光滑的陶瓷板上

烧结，然后涂覆电极，焊上引线等而制成。厚度是　０．０１　ｍｍ—０．０４ｍｍ，长度是１　ｍｍ—１０ｍｍ，宽度是　０．２ｍｍ—１　ｍｍ。这种类型的热敏电阻器由于具有响应速度快的特点，所以主要用于红外探测设备和流体速度的测量仪器等。；３．５　　垫圈状与棒状热敏电阻器　

垫圈状热敏电阻器是采用粉状金属氧化物半导体材料，加入有机粘合剂后模压成型，然后经过高温烧结，在垫圈上下两面涂烧电极，侧面涂漆作为保护层。垫圈外径一般是５ｍｍ—５０ｍｍ，厚度是０．８ｍｍ—　６ｍｍ。使用时，根据实际要求可以将若干个垫圈串联或并联在一起。如果在恶劣条件下应用，则将垫圈密封在金属外壳中，若配上散热片或直接固定在设备机壳之外，可以增大使用功率。棒状热敏电阻器的直径一般是０．５　ｍｍ￣６ｍｍ，长度是１．５　ｍｍ￣５０ｍｍ。其主要用途为温度测量和温度控制，也可以用来遥测空气的湿度、测量风速，应用在远距离通信线路的温度补偿等领域。　　

３．６　　线管状和珠状热敏电阻器　

　　　　线管状热敏电阻器具有特殊结构，外形很像电缆。这种电阻器的制造工艺比较复杂，一般是先将金属氧化物半导体材料磨成粉状，再加入有机粘合剂，使用专门的挤杆模挤压加工成型，将经过高温烧结的珠状电阻体套人适当的金属管中，其二端封装上电缆接头。珠状热敏电阻器由于体积小，时间常数小，所以常用于微波功率测量和精密温度测量，也可用于液体的流速和流量测定以及稳幅领域。