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- NTC溫度傳感器選型
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2010/10/9
選擇溫度傳感器比選擇其它類型的傳感器所需要考慮的內(nèi)容更多。首先，必須選擇傳感器的結(jié)構(gòu)，使敏感元件的規(guī)定的測量時間之內(nèi)達(dá)到所測流體或被測表面的溫度。溫度傳感器的輸出僅僅敏感元件的溫度。實際上，要確保傳感器指示的溫度即為所測對象的溫度，常常是很困難的。
在大多數(shù)情況下，對溫度傳感器的選用，需考慮以下幾個方面的問題：
（1） 被測對象的溫度是否需記錄、報警和自動控制，是否需要遠(yuǎn)距離測量和傳送。
（2） 測溫范圍的大小和精度要求。
（3） 測溫元件大小是否適當(dāng)。
（4） 在被測對象溫度隨時間變化的場合，測溫元件的滯后能否適應(yīng)測溫要求。
（5） 被測對象的環(huán)境條件對測溫元件是否有損害。
（6） 價格如何，使用是否方便。
容器中的流體溫度一般用熱電偶或熱電阻探頭測量，但當(dāng)整個系統(tǒng)的使用壽命比探頭的預(yù)計使用壽命得多時，或者預(yù)計會相當(dāng)頻繁地拆卸出探頭以校準(zhǔn)或維修卻不能在容器上開口時，可在容器壁上安裝永久性的熱電偶套管。用熱電偶套管會顯著地延長測量的時間常數(shù)。當(dāng)溫度變化很慢而且熱導(dǎo)誤差很小時，熱電偶套管不會影響測量的精確度，但如果溫度變化很迅速，敏感元件跟蹤不上溫度的迅速變化，而且導(dǎo)熱誤差又可能增加時，測量精確度就會受到影響。因此要權(quán)衡考慮可維修性和測量精度兩個因素。
熱電偶或熱電阻探頭的全部材料都應(yīng)與可能和它們接觸的流體適應(yīng)。使用裸露元件探頭時，必須考慮與所測流體接觸的各部件材料（敏感元件、連接引線、支撐物、局部保護(hù)罩等）的適應(yīng)性，使用熱電偶套管時，只需要考慮套管的材料。
電阻式熱敏元件在浸入液體及多數(shù)氣體時，通常是密封的，至少要有涂層，裸露的電阻元件不能浸入導(dǎo)電或污染的流體中，當(dāng)需要其快速響應(yīng)時，可將它們用于干燥的空氣和有限的幾種氣體及某些液體中。電阻元件如用在停滯的或慢速流動的流體中，通常需有某種殼體罩住以進(jìn)行機(jī)械保護(hù)。
當(dāng)管子、導(dǎo)管或容器不能開口或禁止開口，因而不能使用探頭或熱電偶套管時，可通過在外壁鉗夾或固定一個表面溫度傳感器的方法進(jìn)和測量。為了確保合理的測量精度，傳感器必須與環(huán)境大氣熱隔離并與熱輻射源隔離，而且必須通過傳感器的適當(dāng)設(shè)計與安裝使壁對敏感元件的熱傳導(dǎo)達(dá)到到最佳狀態(tài)。
所測的固體材料可以是金屬的或非金屬的，任何類型的表面溫度傳感器都會在某種程度上改變被測物表面或表面下層的材料特性。因此，必須對傳感器及其安裝方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇以便將這種干擾減到最小程度。理想的傳感器應(yīng)該完全用與所測固體相同的材料制造并與材料形成一體，這樣測量點(diǎn)或其周圍的結(jié)構(gòu)特征就不會以任何方式改變�？捎玫倪@類傳感器有各種各樣，其中包括電阻（薄膜熱電阻、溫度傳感器）型，也包括薄膜和細(xì)導(dǎo)線型的熱電偶。用可埋入的小傳感器或帶螺紋的鑲嵌件進(jìn)行表面玉的溫度測量，應(yīng)使埋入的傳咸器或鑲嵌件的外緣與所測材料的外表面平齊。鑲嵌件的材料應(yīng)與所測的材料相同，至少要非常相似。使用墊圈式傳感器時，必須注意確保墊圈所能達(dá)到的溫度盡可能接近欲測溫度。
溫度傳感器的選擇主要是根據(jù)測量范圍。當(dāng)測量范圍預(yù)計在總量程之內(nèi)，可選用鉑電阻傳感器。較窄的量程通常要求傳感器必須具有相當(dāng)高的基本電阻，以便獲得足夠大的電阻變化。溫度傳感器所提供的足夠大的電阻變化使得這些敏感元件非常適用于窄的測量范圍。如果測量范圍相當(dāng)大時，熱電偶更適用。最好將冰點(diǎn)也包括在此范圍內(nèi)，因為熱電偶的分度表是以此溫度為基準(zhǔn)的。已知范圍內(nèi)的傳感器線性也可作為選擇傳感器的附加條件。
響應(yīng)時間通常用時間常數(shù)表示，它是選擇傳感器的另一個基本依據(jù)。當(dāng)要監(jiān)視貯槽中溫度時，時間常數(shù)不那么重要。然而當(dāng)使用過程中必須測量振動管中的溫度時，時間常數(shù)就成為選擇傳感器的決定因素。珠型溫度傳感器和鎧裝露頭型熱電偶的時間常數(shù)相當(dāng)小，而浸入式探頭，特別是帶有保護(hù)套管的熱電偶，時間常數(shù)比較大。
動態(tài)溫度的測量比較復(fù)雜，只有通過反復(fù)測試，盡量接近地模擬出傳感器使用中經(jīng)常發(fā)生的條件，才能獲得傳感器動態(tài)性能的合理近似。
NTC負(fù)溫度系數(shù)溫度傳感器
NTC負(fù)溫度系數(shù)溫度傳感器工作原理
NTC是Negative Temperature Coefficient 的縮寫,意思是負(fù)的溫度系數(shù),泛指負(fù)溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件，所謂NTC溫度傳感器器就是負(fù)溫度系數(shù)溫度傳感器器。它是以錳、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)，因為在導(dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。NTC溫度傳感器器在室溫下的變化范圍在10O~1000000歐姆，溫度系數(shù)-2%~-6.5%。NTC溫度傳感器器可廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫度補(bǔ)償、抑制浪涌電流等場合。
NTC負(fù)溫度系數(shù)溫度傳感器專業(yè)術(shù)語
零功率電阻值 RT（Ω）
RT指在規(guī)定溫度 T 時，采用引起電阻值變化相對于總的測量誤差來說可以忽略不計的測量功率測得的電阻值。
電阻值和溫度變化的關(guān)系式為：
RT = RN expB(1/T – 1/TN)
RT ：在溫度 T （ K ）時的 NTC 溫度傳感器阻值。
RN ：在額定溫度 TN （ K ）時的 NTC 溫度傳感器阻值。
T ：規(guī)定溫度（ K ）。
B ： NTC 溫度傳感器的材料常數(shù)，又叫熱敏指數(shù)。
exp ：以自然數(shù) e 為底的指數(shù)（ e = 2.71828 …）。
該關(guān)系式是經(jīng)驗公式，只在額定溫度 TN 或額定電阻阻值 RN 的有限范圍內(nèi)才具有一定的精確度，因為材料常數(shù) B 本身也是溫度 T 的函數(shù)。
額定零功率電阻值 R25 （Ω）
根據(jù)標(biāo)規(guī)定，額定零功率電阻值是 NTC 溫度傳感器在基準(zhǔn)溫度 25 ℃ 時測得的電阻值 R25，這個電阻值就是 NTC 溫度傳感器的標(biāo)稱電阻值。通常所說 NTC 溫度傳感器多少阻值，亦指該值。
材料常數(shù)（熱敏指數(shù)） B 值（ K ）
B 值被定義為：
RT1 ：溫度 T1 （ K ）時的零功率電阻值。
RT2 ：溫度 T2 （ K ）時的零功率電阻值。
T1， T2 ：兩個被指定的溫度（ K ）。
對于常用的 NTC 溫度傳感器， B 值范圍一般在 2000K ～ 6000K 之間。
零功率電阻溫度系數(shù)（αT ）
在規(guī)定溫度下， NTC 溫度傳感器零動功率電阻值的相對變化與引起該變化的溫度變化值之比值。
αT ：溫度 T （ K ）時的零功率電阻溫度系數(shù)。
RT ：溫度 T （ K ）時的零功率電阻值。
T ：溫度（ T ）。
B ：材料常數(shù)。
耗散系數(shù)（δ）
在規(guī)定環(huán)境溫度下， NTC 溫度傳感器耗散系數(shù)是電阻中耗散的功率變化與電阻體相應(yīng)的溫度變化之比值。
δ： NTC 溫度傳感器耗散系數(shù)，（ mW/ K ）。
△ P ： NTC 溫度傳感器消耗的功率（ mW ）。
△ T ： NTC 溫度傳感器消耗功率△ P 時，電阻體相應(yīng)的溫度變化（ K ）。
熱時間常數(shù)(τ)
在零功率條件下，當(dāng)溫度突變時，溫度傳感器的溫度變化了始未兩個溫度差的 63.2% 時所需的時間，熱時間常數(shù)與 NTC 溫度傳感器的熱容量成正比，與其耗散系數(shù)成反比。
τ：熱時間常數(shù)（ S ）。
C： NTC 溫度傳感器的熱容量。
δ： NTC 溫度傳感器的耗散系數(shù)。
額定功率Pn
在規(guī)定的技術(shù)條件下，溫度傳感器器長期連續(xù)工作所允許消耗的功率。在此功率下，電阻體自身溫度不超過其最高工作溫度。
最高工作溫度Tmax
在規(guī)定的技術(shù)條件下，溫度傳感器器能長期連續(xù)工作所允許的最高溫度。即:
T0-環(huán)境溫度。
測量功率Pm
溫度傳感器在規(guī)定的環(huán)境溫度下， 阻體受測量電流加熱引起的阻值變化相對于總的測量誤差來說可以忽略不計時所消耗的功率。
一般要求阻值變化大于0.1%，則這時的測量功率Pm為：
電阻溫度特性
NTC溫度傳感器的溫度特性可用下式近似表示：
式中：
RT：溫度T時零功率電阻值。
A：與溫度傳感器器材料物理特性及幾何尺寸有關(guān)的系數(shù)�！�
B：B值。
T：溫度（k）。
更精確的表達(dá)式為：
式中：RT：溫度傳感器器在溫度T時的零功率電阻值。
T：為絕對溫度值，K；
A、B、C、D：為特定的常數(shù)。
NTC負(fù)溫度系數(shù)溫度傳感器R-T特性
B 值相同， 阻值不同的 R-T 特性曲線示意圖
相同阻值，不同B值的NTC溫度傳感器R-T特性曲線示意圖
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