熱敏電阻概述

熱敏電阻是一種由金屬氧化物制成的半導(dǎo)體，壓入小珠、圓盤(pán)、晶圓或其他形狀，在高溫下燒結(jié)，最后涂上環(huán)氧樹(shù)脂或玻璃。由此產(chǎn)生的裝置具有電阻，隨溫度變化。

熱敏電阻有兩種類型: 負(fù)溫度系數(shù) (NTC) 熱敏電阻，其電阻隨溫度升高而減小，正溫度系數(shù) (PTC) 熱敏電阻隨溫度升高而增大。NTC 熱敏電阻比 PTC 熱敏電阻更常用，尤其是用于溫度測(cè)量應(yīng)用。

熱敏電阻用于溫度測(cè)量的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是其極高的靈敏度。例如,

a 2252Ω熱敏電阻具有-100 的靈敏度Ω/?C 在室溫下。電阻較高的熱敏電阻可以表現(xiàn)出-10 k 的溫度系數(shù)Ω/?C 或更多。相比之下，100Ω鉑金 RTD 靈敏度僅為 0.4Ω/?熱敏電阻微珠的物理尺寸也會(huì)對(duì)溫度變化產(chǎn)生非?？焖俚捻憫?yīng)。

熱敏電阻的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它的電阻相對(duì)較高。熱敏電阻可與基礎(chǔ)電阻 (在 25?C) 從數(shù)以億計(jì)的歐姆。這種高電阻降低了導(dǎo)線固有電阻的影響，這可能會(huì)導(dǎo)致 RTDs 等低電阻器件的重大誤差。
例如，RTD 測(cè)量通常需要 3 線或 4 線連接，以減少引線電阻引起的錯(cuò)誤，而 2 線連接熱敏電阻通常是足夠的。

熱敏電阻的高電阻和靈敏度的主要權(quán)衡是其高度非線性輸出和相對(duì)有限的工作范圍。根據(jù)熱敏電阻的類型，上范圍通常限制在 300 左右?圖 1 顯示了 2252 的電阻-溫度曲線Ω熱敏電阻。一個(gè) 100 的曲線ΩRTD 也顯示為比較。

 

圖 1.熱敏電阻的電阻-溫度曲線

 或者，你可以提供一個(gè)恒定的電壓源，V_前,和一個(gè)參考電阻，是_R,并在一個(gè)簡(jiǎn)單的分壓器配置熱敏電阻。在此配置中，如圖 2b 所示，輸出電壓 V₀將等于VEX* RT/(RT + R0).


電壓輸出信號(hào)的電平將直接取決于熱敏電阻和電流或電壓激勵(lì)源的大小。因此，您可能會(huì)嘗試使用更高的電流或電壓激勵(lì)，以產(chǎn)生更高的電平輸出信號(hào)。這可能是非常有害的，因?yàn)殡娏鲗?dǎo)致熱敏電阻內(nèi)部加熱，這似乎是一個(gè)錯(cuò)誤。
這種現(xiàn)象被稱為自加熱，通常由制造商指定的功率將提高熱敏電阻的溫度 1°C.
當(dāng)電流通過(guò)熱敏電阻時(shí)，熱敏電阻消耗的功率等于 I²是，會(huì)加熱熱敏電阻。熱敏電阻，其體積小，電阻高，特別容易這些自加熱誤差。制造商通常將其指定為耗散常數(shù)，這是加熱所需的功率
熱敏電阻 1°C 來(lái)自環(huán)境溫度 (mW/°C)。耗散常數(shù)在很大程度上取決于熱是如何容易從熱敏電阻轉(zhuǎn)移，所以耗散常數(shù)可以指定不同的介質(zhì)-在靜止空氣，水，或油浴。典型的耗散常數(shù)范圍從小于 0.5 mW/°C 靜風(fēng)至 10 mW/°C 或更高的熱敏電阻浸入水中。一 2,252Ω由 1毫安勵(lì)磁電流供電的熱敏電阻將耗散 I²R = 1毫安 (2,252)Ω= 2.25 mW。如果此熱敏電阻的耗散常數(shù)為 10 mW/°C，熱敏電阻將自熱 0.225°因此，仔細(xì)閱讀熱敏電阻的自加熱規(guī)格，并相應(yīng)地選擇勵(lì)磁電流或電壓。如果你的熱敏電阻有一個(gè)小的耗散常數(shù)，那么你應(yīng)該盡量減少你的勵(lì)磁電流的水平，以盡量減少自熱誤差。
 
熱敏電阻信號(hào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)
使用熱敏電阻進(jìn)行溫度測(cè)量與基于 PC 的 DAQ 系統(tǒng)需要一些信號(hào)調(diào)理硬件接口熱敏電阻的測(cè)量設(shè)備，如插入式 DAQ 板。信號(hào)調(diào)理在這里被定義為接口熱敏電阻及其輸出信號(hào)到數(shù)據(jù)采集板或模塊所需的任何調(diào)理。DAQ 板或模塊執(zhí)行實(shí)際的模數(shù)轉(zhuǎn)換 (A/D)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，熱敏電阻的信號(hào)調(diào)理應(yīng)該包括以下功能。
勵(lì)磁電流或電壓源？-如上一節(jié)所述，恒定電流或電壓(帶參考電阻) 將熱敏電阻轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電壓輸出。更高電平的勵(lì)磁源會(huì)產(chǎn)生更高電平的電壓輸出，但也會(huì)增加熱敏電阻的自熱。
信號(hào)放大-大多數(shù)信號(hào)調(diào)節(jié)器包括電壓信號(hào)放大器。放大的熱敏電阻電壓產(chǎn)生一個(gè)高層次的電壓信號(hào)，不容易受到噪聲損壞和更精確的數(shù)字化。
低通濾波-低通濾波器拒絕熱敏電阻信號(hào)中不需要的噪聲。溫度信息熱敏電阻中所含的電壓帶寬相對(duì)較低，或緩慢變化。然而，測(cè)量電路很可能會(huì)從環(huán)境中提取更高的頻率噪聲。最常見(jiàn)的是 50 或 60Hz 的噪聲從電源線和機(jī)械。
低通噪聲濾波器的設(shè)計(jì)是通過(guò)衰減任何信號(hào)組件的頻率超過(guò)一些定義的帶寬消除這種噪聲。
隔離-信號(hào)調(diào)理硬件與隔離服務(wù)電隔離熱敏電阻和其他來(lái)自測(cè)量系統(tǒng)的傳感器。隔離防止接地回路，拒絕大共模電壓，并在一般保護(hù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從高電壓。
復(fù)用-典型的插件 DAQ 板有 8 到 16 個(gè)模擬輸入通道。但是，您可以使用外部復(fù)用系統(tǒng)，包括在一些信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)，以擴(kuò)大輸入通道的數(shù)量，你可以連接到一個(gè)數(shù)據(jù)采集板。多路復(fù)用系統(tǒng)按順序?qū)⒍鄠€(gè)通道切換到 DAQ 板的單輸入通道。
 
SCXI 信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)
基于 PC 的 DAQ 的信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)的一個(gè)例子是儀器 (SCXI) 的信號(hào)調(diào)理擴(kuò)展。SCXI 是一種儀器前端，可連接到插件 DAQ 板、遠(yuǎn)程 RS-232 或 RS-485 網(wǎng)絡(luò)，或直接連接到 PC 的并行端口。SCXI 模塊處理來(lái)自各種信號(hào)源的信號(hào)，如熱敏電阻、 RTDs 、熱電偶和應(yīng)變計(jì)。條件信號(hào)被傳遞到一個(gè)插件 DAQ 板，直接獲取信號(hào)到 PC 內(nèi)存。或者，信號(hào)可以在 SCXI 單元本地?cái)?shù)字化，并通過(guò)并行端口或串行通信到 PC。
SCXI 產(chǎn)品線有各種各樣的模擬和數(shù)字 I/O 模塊的各種類型的傳感器和信號(hào)。特別是，SCXI-1121 和 SCXI-1122 非常適合熱敏電阻 (見(jiàn)表 1)。SCXI-1121 是一個(gè)隔離放大器和多路復(fù)用器模塊，具有四個(gè)隔離輸入通道。四個(gè)通道中的每一個(gè)都有一個(gè)具有跳線可選增益的放大器 (從 1 到 2,000) 和一個(gè)低通濾波器 (4Hz 或 10 kHz)。該 SCXI-1121 還具有四通道隔離電壓或電流激勵(lì)
CXI-1122 是多路復(fù)用器輸入模塊，可配置 16 個(gè)雙線輸入或 8 個(gè)四線熱敏電阻輸入。輸入復(fù)用成一個(gè)隔離放大器，這是可編程的增益 0.01 (高電壓) 到 2,000。該模塊包括一個(gè)隔離電壓和一個(gè)隔離電流源。

圖 3.監(jiān)測(cè) 16 個(gè)熱敏電阻的 SCXI-1122 系統(tǒng)