基础元件学习——敏感电阻知识

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• 基础元件学习——元器件学习内容了解
• 基础元件学习——电阻元件知识（一）
• 基础元件学习——电阻元件知识（二）
• 基础元件学习——敏感电阻知识

前言

本文讲解了常用的敏感电阻传感器。在多数的传感器电路中，都可以看到他们的身影。

一、热敏电阻

1、PTC（Positive Temperature Coefficient）

正温度系数（Positive Temperature Coefficient，PTC）。PTC 热敏电阻器是以钛酸钡掺合稀土元素
烧结而成的半导体陶瓷元件，具有正温度系数的特性。以下是它的温度——电阻率特性曲线。

当温度低于居里点 tC 时，具有半导体特性，阻值小。
当温度高于居里点 tC 时，电阻随温度升高而急剧增大，至 tN 温度时出现负阻现象，即温度再升高时阻值则下降。
具有通电瞬间产生强大电流而后很快衰减的特性。

利用 PTC 热敏电阻器的特性，可以构成温度自动控制电路，做成各种恒温器、限流保护元件、温控开关等。但是其并不具有线性特征。

2、NTC（Negative Temperature Coefficient）

负温度系数（Negative Temperature Coefficient，NTC）。NTC 热敏电阻器主要由 Mn、Co、Ni、Fe、Cu 等金属氧化物混合烧结而成，改变混合物的成分和配比，就可以获得测温范围、阻值及温度系
数不同的 NTC 热敏电阻器。以下是它的温度——电阻率特性曲线。

• 阻值与温度之间为线性特性。在相当宽的温度范围内，其阻值与温度之间呈线性关系，它是一种比较理想的热敏电阻器。
• 精度高。电阻值的偏差都很小，相当于温度变化范围为 100K（热力学温度，T  = 摄氏度 + 273.15）时，温度偏差小于 0.5%，这相当于对测量温度的影响小于 ±0.25℃。
• 可靠性高。NTC 热敏电阻器在高温条件下试验 2000h，其电阻变化率几乎为零，没有老化现象。
• 小型化，响应快。随着陶瓷工艺技术的进步，现在已可以生产出直径在0.5mm 以下的珠状及松叶状热敏电阻器，它们在水中的热时间常数仅为0.1～0.2s。
• 成本低，价格便宜。应用最多的热敏电阻。

3、CTR（CriTICal Temperature Resistor）

临界温度热敏电阻CTR（CriTICal Temperature Resistor）。CTR 热敏电阻器是以三氧化二钒与钡、硅等的氧化物，在磷、硅的氧化物的弱还原气氛中混合烧结而成的，它呈半玻璃状，具有负温度系数。通常 CTR 热敏电阻器用树脂包封成珠状或厚膜形使用，其阻值为 1kΩ～10MΩ。

以下是它的温度——电阻率特性曲线。

由于 CTR 热敏电阻器温度特性存在剧变性，因而不能像普通热敏电阻器那样用于宽范围的温度控制，只能在特定的温度区域内使用。

下图是CTR、PTC 和 NTC 3 种热敏电阻器电阻率 -温度特性曲线比较示意图。在不同的需求下面可以根据实际要求来对其进行选取。

4、热敏电阻应用

• 测量温度：这是NTC热敏电阻的最常用法。由于其线性特征，被广泛用于温度测量。
• 抑制浪涌：在开关电源市电交流输入级，一般串入一NTC热敏电阻，在冷启动时，由于内阻高，来抑制过高的浪涌电流。
• 过热保护：在系统运行温度过高时，可以及时检测到，进行控制。
  等等

二、压敏电阻

1、压敏电阻特性

当加到压敏电阻器两端的电压小于标称额定电压值时，流过压敏电阻器的电流很小，这说明此时压敏电阻器的阻值很大。当它两端的电压略高于标称额定电压时，压敏电阻器将迅速击穿导通，流过压敏电阻器的电流迅速增大，并由高阻状态变为低阻状态。此时，如果加到压敏电阻器两端电压又低于标称额定
电压时，压敏电阻器又能恢复为高阻状态。当压敏电阻器两端电压超过其最大限制电压时，压敏电阻器将完全击穿损坏，无法再自行恢复。

对于压敏电阻而言，就像两只对向放置的二极管，可以钳制主正负的电压。防止电压过高对电路造成的损坏。

• 压敏电阻器的平均持续功率小，在彩色电视机中所用的压敏电阻器其平均持续功率为 1W。但它的瞬时功率可达到数千瓦，在 8～20µs 的冲击电压脉冲作用下可瞬间通过 50～2500A 的电流。
• 压敏电阻器导通后不能持续很长的时间。

2、压敏电阻应用

根据压敏电阻器的主要特性，它可应用于各种交、直流电路中作为稳压、过压保护、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消火花电路、吸收回路、防雷、调幅、变频、非线性补偿、函数变换、自动控制、消噪电路、保护半导体器件等。

• 并联在市电输入端：过压保护、抑制浪涌、防雷、吸收尖峰脉冲。
• 并联在感性负载端：吸收电流回路、消弧电路。

三、光敏电阻

光敏电阻器依据光电导效应制成。当某种物质受到光照时，载流子的浓度增加从而增加 了电导率，这是光电导效应。

1、光敏电阻分类

光敏电阻器按其制作材料的不同可分为多晶光敏电阻器和单晶光敏电阻 器，还可分为硫化镉（CdS）光敏电阻器、 硒化镉（CdSe）光敏电阻器、硫化铅（ PbS） 光敏电阻器、硒化铅（ PbSe）光敏电阻器、 锑化铟（ InSb）光敏电阻器等。

• 光敏电阻器按其光谱特性可分为可见光光敏电阻器、紫外光光敏电阻器和红外光光敏电阻器。可见光光敏电阻器主要用于各种光电自动控制系统、电子照相机、光报警器等电子产品中，如光控夜灯、照相机、监控器、光控玩具、声光控开关、摄像头、光控音乐盒、人体感应开关等。
• 紫外光光敏电阻器主要用于紫外线探测仪器。
• 红外光光敏电阻器主要用于天文、军事等领域的相关自动控制系统中。

它是在一定照度下，光敏电阻器两端所加的电压与流过光敏电阻器电流之间的关系特性曲线，从图中可以看出光敏电阻器的伏 – 安特性曲线近似为直线，而且没有饱和现象。

上图是光敏电阻器光电特性曲线。光敏电阻器的光电流与光照度之间关系称为光电特性。从曲线中可以看出，光照度增强，电流增大，说明光敏电阻器的阻值在减小。

• 光敏电阻器的光电特性呈非线性，因此不适宜做检测元件，这是光敏电阻器的一个缺点。

2、光敏电阻应用

• 光控开关电路：利用二极管的钳位特性，设置阈值，当光照小小于某个值，触发开关。
• 亮度调节电路：利用光敏电阻来控制晶闸管的控制极，对电路电流进行实时控制，调节亮度。
• 断电报警电路：利用光电耦合原理，在高压端无法接受到光信号时，次级端及时响应，类似于光控开关电路。

四、湿敏电阻

湿敏电阻器由基体（绝缘片）、感湿材料和电极构成。感湿材料接收到湿度变化，电极之间阻值就发生改变，起到将湿度转换成电信号的作用。

高级的有带加热线圈的湿敏电阻器，结构示意图如下图所示。它采用新型功能陶瓷制成，最大的特点是：测湿范围宽，阻抗值适中，耐高温，可靠性高，可反复热清洗以恢复原始特性等。这些特点优于现今使用的盐类、有机高分子等材料所制成的测湿元件。
湿敏电阻也有正电阻特性和负电阻特性。从下图曲线中可以看出，相对湿度增大时阻值下降，可见这是负电阻湿度特性。

从下图曲线中可以看出，相对湿度增大时阻值增大，可见这是正电阻湿度特性。

碳膜湿敏电阻器在 0 ～ 40℃时的检测精度一般为±2%RH，在低湿度条件下的响应特性较好。
碳膜湿敏电阻器虽然制作工艺简单，却存在着灵敏度较低、滞差较大、容易老化等缺点。

• 湿敏电阻应用比较简单，常规的检测湿度，以及对应的控制。不再赘述。

五、气敏电阻

气敏电阻器可以将被测气体的浓度和成分信号转变为相应的电信号，广泛应用于各种可燃气体、有害气体、烟雾等方面的检测及自动控制中。
气敏电阻器通常有 4 根引脚，其中两根是电极，另两根是加热丝引脚。常温型气敏电阻器由于不需要加热丝，所以它只有两根引脚。

1、气敏电阻分类

• N 型气敏电阻器在检测到甲烷、一氧化碳、天然气、煤气、液化石油气、乙炔、氢气等气体时其电阻值减小。
• P 型气敏电阻器在检测到可燃气体时其电阻值将增大，而在检测到氧气、氯气、二氧化碳等气体时其电阻值将减小。

2、气敏电阻特性

如上图所示是气敏电阻器灵敏度 – 温度特性曲线，纵坐标为灵敏度，即由于电导率的变化所引起的在负载上的信号电压。从曲线中可以看出，在室温下电导率变化不大，当温度升高后，电导率就发生较大的变化，因此气敏电阻器在使用时需要加温。

上图所示是气敏电阻器阻值 – 气体浓度特性曲线。从图中可以看出，气敏电阻器对乙醚、乙醇、氢、正乙烷等具有较高灵敏度。适合采用电压测量法，其值等于接触某种气体前后负载电阻上电压降之比。

气敏电阻可以用在灵敏度检测电路、烟雾报警电路等方面。

六、磁敏电阻

磁敏电阻有很多种，有两根引脚磁敏电阻器（内部只有一只磁敏电阻器）、3 根引脚磁敏电阻器（内部有两只串联的磁敏电阻器）和 4 根引脚磁敏电阻器（双路差分磁敏电阻器）。

• 磁敏电阻不是霍尔传感器。磁敏电阻和霍尔传感器都是磁敏传感器下的一员。

上图所示是磁敏电阻器磁感应强度-电阻特性曲线，即B-R特性曲线。图中纵坐标是 RB/R（0磁感应强度为B时的阻值为 RB，无磁场时电阻值 为 R0），横坐标是磁感应强度。

磁敏电阻器一般用于磁场强度、漏磁的检测。它在交流变换器、频率变换器、功率电压变换器、位移电压变换器等电路中作为控制元件，还可用于接近开关、磁卡文字识别、磁电编码器、电动机测速等方面。

总结

本篇对常用电阻式传感器电路做了充分认识，了解了各种各样的电阻式传感器的基本原理和特性特征。对其应用也有提及，全面系统的学习了电阻式传感器。