一、什么是热敏电阻?
热敏电阻是敏感元件的一类,热敏电阻的电阻值会随着温度的变化而改变,与一般的固定电阻不同,属于可变电阻的一类,广泛应用于各种电子元器件中。不同于电阻温度计使用纯金属,在热敏电阻器中使用的材料通常是陶瓷或聚合物。正温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越大,负温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越低,它们同属于半导体器件。热敏电阻通常在有限的温度范围内实现较高的精度,通常是-90℃〜130℃。
热敏电阻结构示意图
二、热敏电阻主要特点
①灵敏度较高,其电阻温度系数要比金属大10~100倍以上,能检测出10-6℃的温度变化;
②工作温度范围宽,常温器件适用于-55℃~315℃,高温器件适用温度高于315℃(目前最高可达到2000℃),低温器件适用于-273℃~-55℃;
③体积小,能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度;
④使用方便,电阻值可在0.1~100kΩ间任意选择;
⑤易加工成复杂的形状,可大批量生产;
⑥稳定性好、过载能力强。
三、热敏电阻工作原理
热敏电阻是一种传感器电阻,热敏电阻的电阻值,随着温度的变化而改变,与一般的固定电阻不同。金属的电阻值随植度的升高而增大,但半导体则相反,它的电阻值随温度的升高而急剧减小,并呈现非线性,如下图所示。
由图可知,在温度变化相同时,热敏电阻器的阻值变化约为铅热电阻的10倍,因此可以说,热敏电阻器对温度的变化特别敏感。半导体的这种温度特性。是因为半导体的导电方式是载流子(电子、空穴)导电。由于半导体中载流子的数目远比金属中的自由电子少得多,所以它的电阻率很大。随着温度的升高,半导体中参加导电的载流子数目就会增多,故半导体导电率就增加,它的电阻率也就降低了。
热敏电阻器正是利用半导体的电阻值随温度显著变化这一特性制成的热敏元件。它是由某些金属氧化物按不同的配方制成的。在一定的温度范围内,根据测量热敏电阻阻值的变化,便可知被测介质的温度变化。
将热敏电阻安装在电路中使用时,热敏电阻在环境温度相同时,动作时间随着电流的增加而急剧缩短;热敏电阻在环境温度相对较高时具有更短的动作时间和较小的维持电流及动作电流。当电路正常工作时,热敏电阻温度与室温相近、电阻很小,串联在电路中不会阻碍电流通过;而当电路因故障而出现过电流时,热敏电阻由于发热功率增加导致温度上升,当温度超过开关温度时,电阻瞬间会剧增,回路中的电流迅速减小到安全值。
四、热敏电阻应用实例
1、第一个应用实例是多点测温仪。如图1所示。R1~R5以及表头uA组成测量电桥。其中,R2、R3是电桥的平衡电阻,R1为起始电阻,R4为满刻度电阻。当XP未插入XS中时,表头满刻度,起着校正作用。电位器RP为电桥提供一个稳定的直流电源。R5与表头uA串联,起修正表头刻度和限制流经表头电流的作用。
Rt1~Rt6为MF11型负温度系数热敏电阻器,分别安装在六个待测温度的场所。S2为安装在监测室内的切换开关。当插头XP插入插座XS中后,XS中的Q与A自动分开,操作拨动开关S2便可测出各点的温度,通过表头uA显示读数。
2、第二个应用实例是温控吊扇。如图2所示。R1、Rt和RP构成测温电路。其中Rt为负温度系数热敏电阻器MF51。IC为时基集成电路NE555,它与R2、C2构成单稳态延时电路。继电器K为执行器件,其触点K直接控制吊扇电动机M电源的通断。C3与VD1~VD4以及T构成降压、整流滤波电路,向温控电路提供所需的直流电源。
当室温低于设定温度值时,Rt的阻值较大,IC的2脚电位高于1/3电源电压,其输出端IC的3脚为低电平,K处于释放状态,吊扇不工作;当室温高于设定温度时,Rt的阻值下降至某一数值,它与RP的串联电路的电压降低到小于1/3电源电压,于是IC的2脚由高电平变为低电平,IC的3脚此时输出高电平,继电器K吸合,吊扇运转。当室温逐渐下降至设定温度以下时,电路将重复上述过程,从而使室内温度稳定于某一温度值。
在图2电路中,调节RP的阻值可改变控制温度。单稳态电路延时时间由R2、C2的取值决定,可按T=1.1R2C2估算,采用图中所示参数,T约为150S。单稳态的作用,是使室温降至设定温度后能延迟一段工作时间,避免吊扇启、停过于频繁。
五、热敏电阻的标称阻值Rc指的是什么?
标称阻值Rc一般指环境温度为25℃时热敏电阻器的实际电阻值。
常用的电阻器阻值标示方法:
(1)直标法:用数字和单位符号在电阻器表面标出阻值,其允许误差直接用百分数表示,若电阻上未注偏差,则均为+20%.
(2)文字符号法:用阿拉伯数字和文字符号两者有规律的组合来表示标称阻值,其允许偏差也用文字符号表示。符号前面的数字表示整数阻值,后面的数字依次表示第一位小数阻值和第二位小数阻值。
表示允许误差的文字符号对应如下:
文字符号——允许偏差:D——+0.5%、F——+1%、G——+2%、J——+5%、K——+10%、M——+20%
(3)数码法:在电阻器上用三位数码表示标称值的标示方法。数码从左到右,第一、二位为有效值,第三位为指数,即零的个数,单位为欧。偏差通常采用文字符号表示。
(4)色标法:用不同颜色的带或点在电阻器表面标出标称阻值和允许偏差。国外电阻大部分采用色标法。色标法表示如下:
黑——0、棕——1、红——2、橙——3、黄——4、绿——5、蓝——6、紫——7、灰——8、白——9、金——+5%、银——+10%、无色——+20%.
当电阻为四环时,最后一环必为金色或银色,前两位为有效数字,第三位为乘方数,第四位为偏差。当电阻为五环时,最后一环与前面四环距离较大。前三位为有效数字,第四位为乘方数,第五位为偏差.