热敏电阻是电阻温度计，或者电阻的阻值取决于温度。这个术语是“热”和“阻力”的组合。它由金属氧化物制成，压制成珠状、圆盘状或圆筒状，然后用环氧树脂或玻璃等气密材料封装。
热敏电阻有两种类型：负温度系数(NTC)和正温度系数(PTC)。使用NTC热敏电阻，当温度升高时，电阻会降低。相反，当温度降低时，电阻增加。这种热敏电阻用得最多。
PTC热敏电阻的工作方式略有不同。温度升高，电阻增大，温度降低，电阻减小。这种热敏电阻通常用作保险丝。
通常，热敏电阻在目标温度附近大约50C的有限温度范围内实现高精度。这个范围取决于基极电阻。
热敏电阻符号是：
热敏电阻符号-美国和日本
箭头T表示电阻可以根据温度而变化。箭头或横条的方向并不重要。
热敏电阻易于使用，便宜，耐用，可以预测温度变化。虽然它们在过热或过低的温度下工作不佳，但它们是在所需基点测量温度的应用的首选传感器。当需要非常精确的温度时，它们是理想的选择。
热敏电阻最常见的用途包括数字温度计、测量机油和冷却液温度的汽车以及烤箱和冰箱等家用电器，但它们几乎用于所有需要加热或冷却保护电路以确保安全的应用中。操作。对于更复杂的应用，如激光稳定探测器、光学模块和电荷耦合器件，内置热敏电阻。例如，10k热敏电阻是激光器封装的标准内置电阻。
热敏电阻是如何“读取”温度的？
热敏电阻实际上并不“读取”任何东西，只是热敏电阻的阻值随温度而变化。电阻变化的程度取决于热敏电阻所用材料的类型。
与其他传感器不同，热敏电阻是非线性的，这意味着图表上代表电阻和温度之间关系的点不会形成一条直线。线条的位置及其变化程度取决于热敏电阻的结构。典型的热敏电阻图如下所示：
图2:电阻与温度的关系
下面将详细描述如何将电阻变化转换成可测量的数据。
热敏电阻和其他温度传感器的区别
除了热敏电阻之外，还使用其他几种温度传感器。最常见的是电阻式温度检测器(RTD)和集成电路(IC)，如LM335和AD590。哪种传感器最适合特定应用取决于许多因素。下表简要比较了每种方法的优缺点。
温度范围：可以使用传感器类型的近似温度范围。在给定的温度范围内，有些传感器比其他传感器工作得更好。
相对成本：相对成本，因为这些传感器是互相比较的。例如，热敏电阻比RTD便宜，部分原因是RTD选择的材料是铂。
时间常数：从一个温度值变化到另一个温度值所需的大致时间。这是热敏电阻达到63.2%的温差时，从初始读数到最终读数的时间(以秒为单位)。
稳定性：控制器根据传感器的温度反馈保持恒温的能力。
灵敏度：对温度变化的反应程度。
常见的热敏电阻有哪些形状？
热敏电阻器有各种形状——盘状、片状、珠状或棒状，可以表面安装或嵌入系统中。它们可以封装在环氧树脂、玻璃、烘烤酚醛树脂或油漆中。最佳形状通常取决于被监测的材料，如固体、液体或气体。
例如，珠状热敏电阻非常适合嵌入式设备，而棒状、圆盘状或圆柱形热敏电阻最适合光学表面。热敏电阻芯片通常安装在印刷电路板(PCB)上。热敏电阻有许多不同的形状，例如：
图3:热敏电阻类型
选择一个形状，使其与温度被监控的设备最大限度地接触。无论热敏电阻的类型如何，与被监控设备的连接必须使用高导热膏或环氧树脂胶。糊料或胶水不导电通常是很重要的。
热敏电阻在控制系统中是如何工作的？
热敏电阻的主要用途是测量设备的温度。在温度控制系统中，热敏电阻是一个大系统中很小但很重要的一部分。温度控制器监控热敏电阻的温度。然后告诉加热器或冷却器何时打开或关闭，以保持传感器的温度。
下图显示了一个示例系统，该系统具有三个用于调节设备温度的主要组件：温度传感器、温度控制器和帕尔贴设备(此处标记为TEC或热电冷却器)。传感器头连接到冷却板，冷却板需要保持在特定的温度以冷却设备，电线连接到温度控制器。温度控制器也电连接到珀尔帖器件，该器件加热和冷却目标器件。散热器与珀尔帖器件相连，有助于散热。
图4:热敏电阻控制系统
温度传感器的作用是向温度控制器发送温度反馈。传感器有少量电流流过，称为偏置电流，由温度控制器发送。控制器不能读取电阻，因此需要通过使用电流源向热敏电阻施加偏置电流来产生控制电压，以便将电阻变化转换成电压变化。
温度控制器是这项操作的大脑。它获取传感器信息，将其与待冷却单元所需的信息(称为设定值)进行比较，并调整通过珀尔帖设备的电流，以改变温度，使其与设定值相匹配。
热敏电阻在系统中的位置会影响控制系统的稳定性和准确性。为了获得最佳稳定性，热敏电阻需要尽可能靠近热电或电阻加热器放置。为了获得最佳精度，热敏电阻需要靠近需要温度控制的设备。理想情况下，热敏电阻嵌入器件中，但也可以用导热膏或胶水连接。即使设备是嵌入式的，也应该使用导热膏或胶水来消除空气间隙。
下图显示了两个热敏电阻，一个直接连接到设备，一个连接到远程设备或远程设备。如果传感器离设备太远，热滞后时间会显著降低温度测量的准确性，而将热敏电阻放置在离帕尔贴设备太远的地方会降低稳定性。
图5:热敏电阻放置
在下图中，图表显示了两个热敏电阻之间的温度读数差异。连接到设备的热敏电阻快速响应热负荷的变化，并记录准确的温度。远程热敏电阻也有响应，但不是很快。更重要的是，读数偏差超过半度。当需要精确的温度时，这种差异可能非常显著。
选择传感器位置后，您需要配置系统的其余部分。这包括确定基本热敏电阻的电阻、传感器的偏置电流和温度控制器上负载的设定温度。
热敏电阻和偏置电流怎么用？
热敏电阻的分类是在室温即25c下测得的电阻，根据厂家的要求，需要保持温度的器件都有一定的技术规范，以便优化使用。在选择传感器之前，必须确定这些因素。因此，了解以下内容非常重要：
设备的最高和最低温度是多少？
当测量环境温度50C以内的单点温度时，热敏电阻是理想的选择。如果温度过高或过低，热敏电阻将不工作。虽然也有例外，但大多数热敏电阻在-55C至114C范围内工作最佳。
因为热敏电阻是非线性的，这意味着温度和电阻值在图形上绘制为曲线而不是直线，因此不可能正确记录非常高或非常低的温度。例如，在非常高的温度下，一个非常小的变化将记录一个可忽略不计的电阻变化，这不会转化为精确的电压变化。
热敏电阻的最佳应用范围
根据控制器的偏置电流，每个热敏电阻都有一个最佳的有效范围，这意味着可以准确记录温度变化很小的温度范围
最好选择设定点温度在这个范围中间的热敏电阻。热敏电阻的灵敏度取决于温度。比如热敏电阻在较冷的温度下可能比在较暖的温度下更灵敏，就像波长为TCS10K510k的热敏电阻。使用TCS10K5时，灵敏度在0C和1C之间为每摄氏度162 mV，在25C和26C之间为每摄氏度43 mV，在49C和50C之间为每摄氏度14 mV.
温度控制器传感器输入的电压上限和下限。
传感器反馈至温度控制器的电压限值由制造商规定。理想情况下，选择热敏电阻和偏置电流的组合来产生温度控制器允许范围内的电压。
电压与欧姆定律的电阻有关。该等式用于确定所需的偏置电流。欧姆定律指出，通过两点间导体的电流与两点间的电位差成正比。对于该偏置电流，可写为：
V=I偏置x R
其中包括：
V是电压，单位为伏特(V)
I偏置是电流，单位为安培或安培(A)。
I BIAS表示电流是固定的。
r是电阻，单位为欧姆()
控制器产生偏置电流以将热敏电阻电阻转换成可测量的电压。控制器只接受一定范围的电压。例如，如果控制器范围为0至5 V，热敏电阻电压不得低于0.25 V，以使低端电气噪声不会干扰读数，并且在读数前不得高于5 V。
假设使用上述控制器和一个100k热敏电阻，例如波长为的TCS651，器件需要维持20c的温度，根据TCS651数据手册，20c时的电阻为126，700，为了确定热敏电阻是否能与控制器配合工作，我们需要知道偏置电流的可用范围。利用欧姆定律求解I偏置，我们知道：
V/R=I偏置
0.25/126700=2A是该范围的最低值。
5.0/126700=39.5A是最高端。
是的，如果温度控制器偏置电流可以设置在2A和39.5A之间，热敏电阻将会工作。
在选择热敏电阻和偏置电流时，最好选择产生电压范围中间的电阻。控制器的反馈输入需要处于电压状态，该状态来自热敏电阻电阻。
因为人最容易与温度相关，所以通常需要改变对温度的抵抗力。将热敏电阻的阻值转换成温度的最精确的模型叫做施泰因哈特-哈特方程。
斯坦哈特-哈特方程
施泰因哈特-哈特方程是在计算机无处不在的时候发展起来的一种模型。大部分数学计算都是利用计算尺和其他数学辅助工具完成的，比如超越函数表。该方程是一种简单的方法，可以方便准确地模拟热敏电阻的温度。
施泰因哈特-哈特方程公式：
1/T=A B(lnR)C(lnR)2d(lnR)3e(lnR)4 .
其中包括：
t是以开尔文表示的温度(k，开尔文=273.15)。
r是t处的电阻，欧姆()
a、B、C、D和E是施泰因哈特-哈特系数，根据所用热敏电阻的类型和检测的温度范围而变化。
Ln是自然日志，或者登录Napierian base 2.728。
这些项可以无限延续，但由于误差较小，方程在三次项和平方项消除后被截断，因此使用的标准施泰因哈特-哈特方程如下：
1/T=A B(lnR) C(lnR)3
计算机程序的乐趣之一是需要几天甚至几周才能解决的方程可以在瞬间完成。在任何搜索引擎中输入“施泰因哈特-哈特方程计算器”并返回到在线计算器链接页面。
如何使用斯坦哈特-哈特方程
该方程可以更准确地计算热敏电阻的实际阻值随温度的变化。温度范围越窄，电阻计算越精确。大多数热敏电阻制造商提供典型温度范围的a、b和c系数。编辑：CC
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