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热敏电阻温度传感器设计与应用电路

时间:2010-03-10 19:41:43

表1 热敏电阻的种类与应用 热敏电阻线性化改善

动作范围 检出组件 电路组件 发热组件
NTC PTC CTR NTC PTC CTR PTC
自行加热的小范围 温度计 温度调节器 微少温度差 温度变化的检出 热测量计 测温计 温度调节器 温度警报装置 温度开关 温度调节器 温度警报装置 温度补偿电路 温度补偿电路 - -
动作于电压或电流的极大值               温度检出 警报液面计         温度检出警报装置 液位计               温度开关 温度警报装置 液面计           侵入防止电路 定电压电路               定电流电路 电流开关               电压开关 侵入防止电路记忆电路               过热防止装置
负性电阻范围自行加热的大范围   风速计 流量计 空真计 液位计    液位计  风速计 流量计 液位计 - - 开关电路振荡器 脉冲产生器   定温发热体 恒温槽  
动作延迟特性   差动式 温度检出器 差动式 温度检出器   差动式温度检出器   动作延迟回路突破防止电路超低频振荡器   动作延迟回路   动作延迟回路突破防止电路超低频振荡器   -
旁热特性   风速,真空,液面等检出 - 风速,真空,液面等检出   自动增益调整,开关电路,超低频振荡器   开关电路超低周波发振器   开关电路超低频振荡器    -

 

表2 热敏电阻的应用与特性:

  主要使用种类 使用目的 常温下的电阻率    温度系数的误差   构 造
量测用       热敏电阻     温度计器 风速,真空计   01~10kΩ/cm 1~100kΩ/cm     ±2% ±2%     珠球型 珠球型    
直热型   热敏电阻 CTR 通信机AGC 时间迟滞 (TimeLag) 0.1~100kΩ/cm 0.1~100kΩ/cm   ±5% ±5% 0.3~0.6φ珠球型 0.3~2φ珠球型  
傍热型   热敏电阻 CTR , PTC 通信机AGC 0.1~100kΩ/cm ±5% 0.3~0.4φ珠球型小型杆状  
温度补偿用 热敏电阻 PTC 晶体管量测温度补偿 1~100Ω/cm 0.1~100kΩ/cm ±5% ±10% 珠球型与圆盘型 珠球型与圆盘型
驱动 器用   热敏电阻 CTR  继电器动作延迟 突破防止 1~1000Ω/cm ±5% 10φ以上的圆盘型或珠球型  
温度保护用   CTR PTC 火灾警报器过热保护 1~100kΩ/cm 1~1000Ω/cm ±10% 0.6~2φ珠球型 5~20φ圆盘型  
加热器用   PTC 恒温装置 10~1000Ω/cm ±20% 圆盘型为主
限流用   PTC 彩色消磁 电流防止 1~1000Ω/cm ±20% 圆盘型为主

 

          图2-2 热敏电阻的电阻-温度特性


    图2-3 热敏电阻B常数的温度特性

[!--empirenews.page--]热敏电阻的热散逸常数[/!--empirenews.page--]热敏电阻的热散逸常数:

型式 热发散常数:K(mWC/℃) 时间常数(63.2%)(sec) 负载最大功耗(mW) 最高使用温度(℃)
记号   名称 空中 水中 空中 水中
MB 珠球型 0.3~0.5 0.6~1.0 1.5~5 0.05~0.1 0.2 300
SSB 珠球型 0.8~1.3 1.5~2.5 3~7 0.1~0.2 0.5 350
SB 珠球型 1.0~1.5 2.0~3.0 5~10 0.1~0.2 0.5 350
Lφ3 玻璃管型 1.0~1.5 2.5~3.5 10~15 0.2~0.3 0.5 350
Lφ6 玻璃管型 1.0~1.5 2.5~3.5 10~15 0.2~0.3 0.5 350


   图2-4热敏电阻的热响应曲线 ( 搅拌的水 )


       图2-5 热敏电阻电桥部分的基本接线电路
 


    改善温度-电阻特性的直线性

    (a)并联1个电阻,组件互换式

   (b)合成电阻式(JIS)
 

[!--empirenews.page--]热敏电阻的温度特性的直线性改善-连接电阻例[/!--empirenews.page--]

图2-6 热敏电阻的温度特性的直线性改善连接电阻例
 



图2-7 各种接线方法的直线性改善 ( 裸特性为只有热敏电阻的特性 )





图2-8 热敏电阻长期变化的记录特性
[!--empirenews.page--]温度输出特性曲线[/!--empirenews.page--]

图2-9 温度输出特性曲线


图2-10 温度-自己加热功率特性

[!--empirenews.page--]定电流检出方法[/!--empirenews.page--]


图2-11 定电流检出方法 (Th后所添的数字表示各温度值 )

此值为使用TAKARA热敏电阻THR B使用于0100~℃范围,则热敏电阻组件℃时为15KΩ。


图2-12 合成电阻式的连接方式



图2-13 比率式连接

图2-14 温度差电桥电路的结构

[!--empirenews.page--]热敏电阻的温度与感度变化[/!--empirenews.page--]


图2-15 热敏电阻的温度与感度变化




图2-16 温度差的测定回路

温度差的测定回路:

范围 温度(℃) 放大倍数 误差(%)
1 0~20 15.31 ±0.5℃
2 20~40 13.94 ±0.1℃
3 40~60 13.84 ±0.2℃
4 60~80 14.67 ±0.3℃
5 80~100 15.96 ±0.3℃

误差系指感度误差 (±10℃差的测定时 )
 

表5 温度差输出: ( 图2-14电桥电路的方式 ):

温度℃ 热敏电阻kΩ 输出 (V) 5℃温度差输出 (V)
0 30.000 0.44547100 -0.05452870
5 24.100 0.44712100 -0.05287910
10 19.490 0.44850000 -0.05149970
15 15.850 0.45003500 -0.04996530
20 12.970 0.45135400 -0.04864640
25 10.670 0.45276400 -0.04723560
30 8.828 0.45408500 -0.04591550
35 7.343 0.45538800 -0.04461170
40 6.140 0.45658900 -0.04341100
45 5.159 0.45780300 -0.04219660
50 4.356 0.45901600 -0.04098360
55 3.696 0.45988600 -0.04011400
60 3.147 0.46131500 -0.03868540
65 2.695 0.46229000 -0.03770960
70 2.317 0.46328500 -0.03671530
75 2.000 0.46438100 -0.03561860
80 1.734 0.46514500 -0.03485500
85 1.508 0.46638400 -0.03361640
90 1.318 0.46704400 -0.03295590
95 1.155 0.46823200 -0.03176800
100 1.017 0.46865200 -0.03134800
105 0.897 0.46954500 -0.03045530



图2-17非反相输入放大器的连接


 图2-18 反相输入电路连接



          图2-19 电桥电路部分Δ-Y变换的简化


注:(1)0~100℃用,温度 - 电压变换输出100mV/℃( 平均感度Th 0℃为30KΩ)

    (2)R1,R2,R3,R4的误差在01.%以下。

   图2-20 与OP放大器共享电源


图2-21 温度控制器的结构

图2-22 温度控制电路 (ON/OFF)

                  图2-23 动作间隙


图2-24 ON/OFF控制产生的圈环


            图2-25 比例控制电路

[!--empirenews.page--]时间比例电路[/!--empirenews.page--]


图2-26 时间比例电路



图2-27 各控制方式的响应曲线


     图2-28 PID控制电路 ( 只有PID部份 )
 

表6 影响热敏电阻的精度因素

因 素 一般值 精度达成限制 备注
自身加热 0.1~0.05mW 0.01mW,0.02sec 测量时间可缩短
热发散常数 1~3mW/℃ 5~10mW/℃ 受测定条件影响
B常数的变化 30~40k 5k 依选择而定
直线性 0.06~20℃ 0.05/6℃ 温度范围小,则愈小
绝缘性 1000MΩ 1010~1012Ω 受耐湿性影响
引线电阻 10~30Ω 10~30Ω -
长年变化 1/100℃ 1/100℃ 依使用方法不同,而有不同
热电动势力 10μV 1μV 不同金属结合,而温度相同
校正温度计 3/100℃ 1/100~5/1000℃ 绝对精度为1/100
引线电阻 0.01% 0.001% 比较方式精度较高

表7 各零件的精度:

因素 一般值 高精度产品 备注
电阻 0.1% 25ppm 0.01% 2ppm 高精度产品有绕线,锡箔型
基准电压组件 25ppm 2ppm 高精度产品的选用
可变电阻 100~200ppm 50ppm (绕组型) 温度系数
OP放大器输入电阻 2MSU(PC151A) 33MΩ(μPC354A) -
OP放大器及偏差电压温度系数 5nA/℃(μPC151A) 12PA/℃(μPC354A) -
OP放大器及偏差电流温度系数 3μV/℃(μPC151A) 0.4μA/℃(μPC354A) -
OP放大器电源电压变动去除比 90dB(μPC151A) 104dB(μPC354A) -
放大器的噪声 (10 Hz)   25nV√Hz(μPC4741C) 20nV/Hz,09pA/Hz(μPC354A.) 依测定方法而异
印刷电路板的绝缘 100~1000MΩ 1010-1012 依形式而定
电容器的绝缘 1010Ω(薄膜) 1012Ω(薄膜) 多元碳质较佳、电解电容不好
印刷电路板的引线电阻 0.1~5.0Ω 0(4线式) 依形式而定
各零件的热电动势 20μV 5μV~1μV 零件发热则增大




   图2-29 自身加热的输出电压特性

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