熱敏電阻是電阻溫度計，或電阻取決于溫度的電阻。該術語是“熱”和“電阻”的組合。它由金屬氧化物制成，壓成珠子，圓盤或圓柱形，然后用不透氣的材料如環氧樹脂或玻璃封裝。

熱敏電阻的類型有兩種：負溫度系數（NTC）和正溫度系數（PTC）。使用NTC熱敏電阻，當溫度升高時，電阻會降低。相反，當溫度降低時，電阻增加。這類熱敏電阻使用量最多。

PTC熱敏電阻的工作方式略有不同。當溫度升高時，電阻增加，而當溫度降低時，電阻降低。這種類型的熱敏電阻通常用作保險絲。

通常，熱敏電阻在目標溫度附近約50C的有限溫度范圍內實現高精度。該范圍取決于基極電阻。

熱敏電阻符號是：

熱敏電阻符號 - 美國和日本

T的箭頭表示電阻可根據溫度變化。箭頭或條的方向不重要。

熱敏電阻易于使用，價格低廉，堅固耐用，并且可以預測溫度變化。雖然它們在過熱或過低的溫度下不能很好地工作，但它們是在所需基點測量溫度的應用的首選傳感器。當需要非常精確的溫度時，它們是理想的。

熱敏電阻的一些最常見的用途是用于數字溫度計，用于測量油和冷卻劑溫度的汽車，以及烤箱和冰箱等家用電器，但幾乎所有需要加熱或冷卻保護電路以確保安全的應用中都有這種用途。操作。對于更復雜的應用，例如激光穩定探測器，光學模塊和電荷耦合器件，內置熱敏電阻。例如，10kΩ熱敏電阻是內置于激光封裝中的標準。

熱敏電阻如何“讀取”溫度

熱敏電阻實際上并不“讀取”任何東西，而是熱敏電阻的電阻隨溫度而變化。電阻變化多少取決于熱敏電阻中使用的材料類型。

與其他傳感器不同，熱敏電阻是非線性的，這意味著表示電阻和溫度之間關系的圖表上的點不會形成直線。線路的位置及其變化程度取決于熱敏電阻的結構。典型的熱敏電阻圖如下所示：

圖2：電阻與溫度的關系

下面將詳細介紹如何將阻力變化轉換為可測量數據。

熱敏電阻和其他溫度傳感器的區別

除熱敏電阻外，還使用了幾種其他類型的溫度傳感器。最常見的是電阻溫度檢測器（RTD）和集成電路（IC），例如LM335和AD590類型。哪種傳感器最適合特定用途是基于許多因素。下表簡要比較了每種方法的優缺點。

溫度范圍：可以使用傳感器類型的大致溫度范圍。在給定的溫度范圍內，一些傳感器比其他傳感器工作得更好

相對成本：相對成本，因為這些傳感器相互比較。例如，熱敏電阻相對于RTD而言便宜，部分原因是RTD選擇的材料是鉑。

時間常數：從一個溫度值更改為另一個溫度值所需的大致時間。這是熱敏電阻從初始讀數到最終讀數達到63.2％溫差的時間（以秒為單位）。

穩定性：控制器根據傳感器的溫度反饋保持恒定溫度的能力。

靈敏度：對溫度變化的響應程度。

常見的熱敏電阻有哪些外形

熱敏電阻有各種形狀 - 圓盤，芯片，珠子或棒，可以表面安裝或嵌入系統中。它們可以封裝在環氧樹脂，玻璃，烘烤酚醛樹脂或涂漆中。最佳形狀通常取決于所監測的材料，例如固體，液體或氣體。

例如，珠子熱敏電阻是嵌入裝置的理想選擇，而棒，圓盤或圓柱頭最適合光學表面。熱敏電阻芯片通常安裝在印刷電路板（PCB）上。有許多不同形狀的熱敏電阻，其中一些例子是：

圖3：熱敏電阻類型

選擇一種形狀，使其與溫度受監控的設備最大程度地接觸。無論熱敏電阻的類型如何，必須使用高導熱膏或環氧膠制成與被監控設備的連接。通常重要的是該糊劑或膠水不導電。

熱敏電阻是怎么在控制系統中工作的

熱敏電阻的主要用途是測量器件的溫度。在溫度控制系統中，熱敏電阻是較大系統中較小但很重要的部分。溫度控制器監控熱敏電阻的溫度。然后告訴加熱器或冷卻器何時打開或關閉以保持傳感器的溫度。

在下圖中，示出了示例系統，有三個主要部件用于調節設備的溫度：溫度傳感器，溫度控制器和Peltier設備（在此標記為TEC或熱電冷卻器）。傳感器頭連接到冷卻板，冷卻板需要保持特定溫度以冷卻設備，并且電線連接到溫度控制器。溫度控制器還電連接到Peltier設備，該設備加熱并冷卻目標設備。散熱器連接到Peltier設備，以幫助散熱。

圖4：熱敏電阻控制系統

溫度傳感器的工作是將溫度反饋發送到溫度控制器。傳感器有一小部分電流流過它，稱為偏置電流，由溫度控制器發送。控制器無法讀取電阻，因此必須通過使用電流源在熱敏電阻上施加偏置電流來產生控制電壓，從而將電阻變化轉換為電壓變化。

溫度控制器是這項操作的大腦。它獲取傳感器信息，將其與待冷卻單元所需的信息（稱為設定值）進行比較，并調整通過Peltier設備的電流以更改溫度以匹配設定值。

系統中熱敏電阻的位置會影響控制系統的穩定性和精度。為獲得最佳穩定性，熱敏電阻需要盡可能靠近熱電或電阻加熱器放置。為獲得最佳精度，熱敏電阻需要靠近需要溫度控制的設備。理想情況下，熱敏電阻嵌入在設備中，但也可以使用導熱膏或膠水進行連接。即使嵌入了器件，也應使用導熱膏或膠水消除氣隙。

下圖顯示了兩個熱敏電阻，一個直接連接到設備，一個遠程設備或遠離設備。如果傳感器離設備太遠，熱滯后時間會顯著降低溫度測量的準確度，而將熱敏電阻放置在離珀耳帖設備太遠的位置會降低穩定性。

圖5：熱敏電阻放置

在下圖中，該圖表顯示了兩個熱敏電阻的溫度讀數差異。連接到設備的熱敏電阻快速響應熱負荷的變化并記錄準確的溫度。遠程熱敏電阻也起了反應但速度不是很快。更重要的是，讀數偏差超過半度。當需要精確的溫度時，這種差異可能非常顯著。

選擇傳感器放置后，需要配置系統的其余部分。這包括確定基本熱敏電阻的電阻，傳感器的偏置電流以及溫度控制器上負載的設定溫度。

熱敏電阻和偏置電流如何應用

熱敏電阻的分類是在室溫下測得的電阻量，即25°C。根據制造商的要求，需要保持溫度的裝置具有一定的技術規格以便最佳使用。必須在選擇傳感器之前識別這些。因此，了解以下內容非常重要：

設備的最高和最低溫度是多少？

在測量環境溫度50°C以內的單點溫度時，熱敏電阻是理想選擇。如果溫度過高或過低，熱敏電阻將無法工作。雖然有例外，但大多數熱敏電阻在-55°C至+ 114°C的范圍內工作效果最佳。

由于熱敏電阻是非線性的，意味著溫度與電阻值在曲線圖上繪制為曲線而不是直線，因此無法正確記錄非常高或極低的溫度。例如，非常高的溫度下的非常小的變化將記錄可忽略的電阻變化，這不會轉化為精確的電壓變化。

熱敏電阻的最佳使用范圍

根據控制器的偏置電流，每個熱敏電阻都有一個最佳的有效范圍，這意味著可以準確記錄溫度變化很小的溫度范圍。

下表顯示了兩種最常見偏置電流下波長熱敏電阻的最有效溫度范圍。

圖7：熱敏電阻選擇表

最好選擇一個設定點溫度在該范圍中間的熱敏電阻。熱敏電阻的靈敏度取決于溫度。例如，熱敏電阻在較冷的溫度下可能比在較溫暖的溫度下更敏感，就像Wavelength的TCS10K510kΩ熱敏電阻一樣。使用TCS10K5時，靈敏度在0°C和1°C之間為每攝氏度162 mV，在25°C和26°C之間為43 mV /°C，在49°C和50°之間為14 mV°C C。

溫度控制器的傳感器輸入的電壓上限和下限

傳感器反饋到溫度控制器的電壓限制由制造商規定。理想情況是選擇熱敏電阻和偏置電流組合，以產生溫度控制器允許范圍內的電壓。

電壓與歐姆定律的電阻有關。該等式用于確定需要什么偏置電流。歐姆定律指出，通過兩點之間的導體的電流與兩點之間的電位差成正比，對于這種偏置電流，寫為：

V = I BIAS x R

其中：

V是電壓，單位為伏特（V）

I BIAS是電流，單位是安培或安培（A）

I BIAS表示電流固定

R是電阻，單位為歐姆（Ω）

控制器產生偏置電流以將熱敏電阻器電阻轉換為可測量的電壓。控制器只接受一定范圍的電壓。例如，如果控制器范圍為0到5 V，則熱敏電阻電壓必須不低于0.25 V，以便低端電氣噪聲不會干擾讀數，并且不高于5 V才能讀取。

假設使用上述控制器和100kΩ熱敏電阻，例如Wavelength的TCS651，器件需要維持的溫度為20°C。根據TCS651數據表，在20°C時電阻為126700Ω。為了確定熱敏電阻是否可以與控制器一起工作，我們需要知道偏置電流的可用范圍。使用歐姆定律來解決I BIAS，我們知道以下內容：

V / R = I BIAS

0.25 / 126700 =2μA是范圍的最低端

5.0 / 126700 =39.5μA是最高端

是的，如果溫度控制器偏置電流可以設置在2μA和39.5μA之間，則此熱敏電阻將工作。

選擇熱敏電阻和偏置電流時，最好選擇產生電壓的范圍中間的電阻。控制器反饋輸入需要處于電壓狀態，該電壓源自熱敏電阻器電阻。

由于人們最容易與溫度相關，因此通常需要將電阻改變為溫度。用于將熱敏電阻器電阻轉換為溫度的最準確模型稱為Steinhart-Hart方程。

STEINHART-HART方程

Steinhart-Hart方程是在計算機無處不在時開發的模型，大多數數學計算都是使用幻燈片規則和其他數學輔助工具完成的，例如超越函數表。該方程式被開發為一種簡單方法，可以輕松，更精確地對熱敏電阻溫度進行建模。

Steinhart-Hart方程公式：

1 / T = A + B（lnR）+ C（lnR）2 + D（lnR）3 + E（lnR）4 。。。

其中：

T是溫度，以開爾文（K，開爾文=攝氏+ 273.15）

R是T處的電阻，歐姆（Ω）

A，B，C，D和E是Steinhart-Hart系數，根據類型而變化使用的熱敏電阻和檢測的溫度范圍。

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這些術語可以無限延續，但由于誤差很小，方程在立方項后被截斷，平方項被消除，因此使用的標準Steinhart-Hart方程如下：

1 / T = A + B（lnR）+ C（lnR）3

計算機程序的樂趣之一是，需要幾天甚至幾周才能解決的方程式可以在瞬間完成。在任何搜索引擎中輸入“Steinhart-Hart方程計算器”，并返回在線計算器鏈接頁面。

STEINHART-HART方程如何使用

該等式更精確地計算熱敏電阻的實際電阻隨溫度的變化。溫度范圍越窄，電阻計算就越準確。大多數熱敏電阻制造商提供典型溫度范圍的A，B和C系數。
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