lecture2温度传感器(电阻型温度传感器)ppt课件.ppt

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1、Lec2电阻型温度传感器徐江涛天津大学电信学院温度传感器概述温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置，用于检测温度和热量。也叫做热电式传感器。将温度变化转换为电阻变化的元件主要有热电阻、热敏电阻和高分子NTC、PTC热敏电阻。将温度变化转换为电势的传感器主要有热电偶和PN结式传感器等。热电阻热电阻是利用感温材料，把测量温度转化为测量电阻的测温系统。主要有金属热电阻和半导体热电阻两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。热电阻的特性金属导体的电阻具有随温度变化的特性，其特征方程如下：Rt表示任意绝对温度t时金属的电

2、阻值；R0表示基准状态t0时的电阻值；a是热电阻的温度系数(1/℃)。a是有关温度的函数，但是在一定温度范围内可近似看成常数。几种金属温度特性曲线对感温电阻的材料的要求电阻温度系数a要高，电阻响应速度快，灵敏度高。在测温范围内，化学、物理性能稳定。具有良好的输出特性。具有比较高的电阻率。具有良好的可加工性，且价格便宜。比较适宜的材料有铂、铜、铁和镍。热电阻的结构及测量电路热电阻温度计的测量电路采用精度较高的电桥电路。通常采用三线和四线连接法。热电阻测温电桥的三线连接法热电阻测温电桥的四线连接法热敏电阻热敏电阻使用某种金属氧

3、化物为基体原料，加入一些添加剂，采用陶瓷工艺制成的具有半导体特性的电阻器。热敏电阻对温度变化明显，电阻温度系数比金属大很多，灵敏度高，重复性好，工艺简单，成本较低，应用广泛。热敏电阻特性参数标称电阻值R25电阻温度系数αT时间常数τ额定功率PE热敏电阻的分类PTC热敏电阻NTC热敏电阻CTR热敏电阻三种热敏电阻的电阻-温度特性PTC热敏电阻PTC热敏电阻是正温度系数热敏电阻，其阻值随着温度的升高而增大。常用基体材料为BaTiO3，辅以稀土元素为添加剂，经陶瓷工艺烧结制成。PTC热敏电阻-温度特性曲线I中电阻称为突变型(开关

4、型)。开关温度以上的阻值RT与温度T关系近似为：这种PTC电阻温度系数为：曲线II中电阻称为缓变型。其阻值RT与温度为线性关系：其温度系数为：PTC热敏电阻静态伏安特性曲线曲线分为AB，BC，CD三段AB：线性区。电压与电流成正比，和普通电阻相似。BC：下降区。电压升高，功耗增大，温度上升，电阻增大，电流下降。CD：平缓区。电压继续增高，由于晶粒边界效应，使其电流趋于平缓。电压再增大，电流回升，但是元件会烧毁。NTC热敏电阻NTC热敏电阻大都使用Mn，Co，Ni，Fe等过度金属氧化物按一定比例混合，采用陶瓷工艺制备而成，它

5、们具有P型半导体的特性。NTC电阻的lnRt~1/T关系曲线电阻值随温度T的近似表达式为：可得B为直线的斜率：可求得电阻温度系数：NTC电阻的静态伏安曲线Oa段：I很小，△T可忽略电压随电流增大而线性增大。ab段：△T随I增大迅速增大，阻值下降，电压偏离线性，但还是随I增加。bd段：电流继续增大，温度升高，电阻下降，电压很快下降。de段：温度很高时，电阻下降缓慢，电压下降变缓。CTR热敏电阻负温临界热敏电阻（CTR）是指在某一温度附近电阻值发生突变，且于几度的狭小温区内随温度的增加阻值降低3~4个数量级的一类热敏元件。阻值

6、的突变点称为临界温度点。CTR热敏电阻温度特性曲线不同Tc的CTR电阻的电阻温度特性热敏电阻的结构及其特点热敏电阻的结构优点与适用范围珠状体积小、响应快、精度高、高温稳定性好。适用于200℃以上的温度测量圆片型可150℃下稳定性好，适用于100℃以下的温度补偿，可通过串并联制成互换性好的高精度热敏电阻。方片型在250℃下有良好的稳定性。适用于200℃以下的测控温及温度补偿。便于集成化。棒状稳定性良好，易制成高阻值、低B值器件，用于高温电路。厚薄膜型可用于薄膜技术，响应很快，一致性好，便于集成。可用作辐射测温传感器。半导体热

7、电阻温度传感器半导体材料的电阻率对温度非常敏感，这对半导体器件的可靠性会产生不利影响。但可利用其电阻率随温度变化的特性制成温度传感器。工作原理由半导体物理可知半导体材料电阻率ρ可以用下式表示：对于P型半导体，空穴浓度远大于电子浓度，上式简化为：对于N型半导体，电子浓度远大于空穴浓度,上式简化为：半导体材料的电阻率主要决定于载流子浓度和迁移率。载流子浓度和迁移率都与温度密切相关。迁移率与温度的关系半导体中载流子迁移率与载流子在电场作用下的散射机理有关。掺杂的锗、硅等单质半导体主要散射机构是声学波散射和电离杂质散射，其声学波散

8、射迁移率μs和电离杂质散射迁移率μi与温度T的关系可用下式子表示：两种散射机构的关系为：将迁移率与温度的关系式代入上式得到：说明迁移率随温度的变化与掺杂温度Ni有关。电子迁移率与杂质浓度和温度的关系在高纯样品（Ni=1013/cm3）或杂质浓度较低的样品（Ni=1017/cm3）中，迁移率随温度升高迅速