1 分鐘搞懂熱電偶，熱電阻和熱敏電阻

溫度傳感器按感溫元件特性分為熱電偶、熱電阻和熱敏電阻三類，其實(shí)還有個(gè)熱電堆，今天先不聊。

先看圖，下面三幅圖分別是熱電偶，熱電阻和熱敏電阻平時(shí)的樣子。

熱電偶

熱電偶在工業(yè)上最為常用，它的原理是將兩種不同的導(dǎo)體或者半導(dǎo)體的任意一端焊接到一起，這樣就構(gòu)成了熱電偶。也就是說兩種不同的導(dǎo)電性材料手拉手就變成了熱電偶。

就像配偶一樣，因?yàn)樗奈锢碓硎抢脽犭妱輥頇z測溫度，因此被稱為熱電偶。下圖紅色和藍(lán)色線段為兩個(gè)不同的材料。

組成熱電偶的導(dǎo)體或者半導(dǎo)體被稱為熱電極，被焊接在一起的那一端會(huì)插入到測溫場所，成為工作端，另一端被稱為冷端，作為參照端。

如果兩端的溫度不同時(shí)，這種溫度差就會(huì)使導(dǎo)體或者半導(dǎo)體的另外兩端產(chǎn)生熱電勢，從而可以使用電壓采樣轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度。

熱電偶的測量方式有兩種：

將基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)為 0℃（冷端補(bǔ)償），直接讀取溫度。測量基準(zhǔn)接點(diǎn)的氣溫（基準(zhǔn)接點(diǎn)補(bǔ)償），計(jì)入溫度差△T。

熱電偶的感溫部位在哪里呢？

如上圖所示，液體內(nèi)部的熱電偶部分不會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢，熱電動(dòng)勢只存在于有溫度梯度的部分。

由于熱電偶材料一般都是貴金屬，所以一般不會(huì)把測溫點(diǎn)到儀表之間全部設(shè)計(jì)為貴金屬，而是使用補(bǔ)償引線延伸到儀表側(cè)，這樣才可以節(jié)省熱電偶材料，降低成本。

熱電偶的熱電勢隨溫度的升高而增大，其熱電勢的大小與熱電偶的材料和熱電偶兩端的溫度值有關(guān)，而與熱電極的長度、直徑無關(guān)。

熱電阻

熱電阻的測溫原理是根據(jù)金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。熱電阻大多采用純金屬材料制成，比如鉑，鎳，銅等，所選金屬材料必須具備一定的電阻值隨溫度變化而變化的特效，也就是電阻溫度系數(shù)必須足夠大，使得電阻隨溫度的改變更易于測量。

熱電阻的引出線一般分為兩線制，三線制，四線制，其原因在于需要測量更精準(zhǔn)的電阻值。四線制的連接測量簡圖如下：

圖中的 L4 和 L3 接在高阻抗的輸入端進(jìn)行檢測電壓，V1 則輸入一個(gè)恒流驅(qū)動(dòng)熱電阻。

熱敏電組

熱敏電阻包括正溫度系數(shù)（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)（NTC），其中溫度傳感大多數(shù)為負(fù)溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。

NTC熱敏電阻是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料，采用陶瓷工藝制造而成的，這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，因?yàn)樵趯?dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。

溫度低時(shí)，氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數(shù)目少，其電阻值較高，隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，其電阻值降低。主要電性參數(shù)如下：

①零功率電阻值 R25

指在規(guī)定溫度（25°C）測得的直流電阻值，由于自熱導(dǎo)致的電阻值變化對(duì)于總的測量誤差可以忽略不計(jì)。

②B 常數(shù)

它是由兩個(gè)特定環(huán)境溫度下的電阻值計(jì)算出來的，表征電阻隨溫度變化的快慢程度，即 B 值越大，電阻隨溫度的升高下降地越快，反之亦然。

③耗散因子 δ

指通過自身發(fā)熱使其溫度升高 1°C時(shí)所需要的功率。

④熱時(shí)間常數(shù)τ

熱時(shí)間常數(shù)是以秒為單位，指在零負(fù)載狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生急劇變化時(shí)，熱敏電阻元件產(chǎn)生最初溫度 T0 與最終溫度 T1 兩者溫度差的 63.2％的溫度變化所需的時(shí)間。

NTC的應(yīng)用電路：

三種溫度傳感器的參數(shù)對(duì)比