热敏电阻范文

热敏电阻篇1

一般以25℃（298.15K）作为参考温度TN，此温度下呈现的电阻值为零功率电阻值，即额定电阻值RN，通过公式RT=RNexpB*(1/T-1/TN)的计算，可得测试温度的电阻值[3]。图2为TS系列的NTC（RN=10k，B=4100）的电阻-温度特性图。利用Multisim11的电阻模型来仿真该NTC热敏电阻，可设置其额定温度点TNOM=100℃，额定电阻RN=1kΩ，利用其左侧低于额定温度时电阻值随温度负增长的情况，来实现负温度系数NTC的工作情况。然后，对TC1、TC2进行温度参数的3重嵌套扫描，可得到较接近实际电阻-温度特性的参数分别是TC1=0.23，TC2=0.008[4]。仿真验证电路及结果按图示设置该电阻的测试工作温度为5℃时，其余参数设置及仿真电路连接3a)，万用表测试结果如图3b)所示，仿真测量结果为26.175kΩ，与公式计算结果R5=26.89kΩ，误差为2.66%，满足预期设计目标。

为PRF系列BF471型PTC热敏电阻的电阻-温度特性图。该热敏电阻的参数为：25℃时的标称阻值R25=470Ω，保护温度点Ts=75℃，保护温度时的电阻值Rs=4700Ω，工作温度在-25～+90℃。因为471-75型PTC热敏电阻是正温度系数，所以设置其额定温度点TNOM=25℃，额定阻值R25=470Ω，通过对仿真参数扫描，可得在保护温度点75℃时，最接近4.7kΩ的参数分别为TC1=0.15，TC2=0.0042。

为验证上述模型的正确性，将以上NTC、PTC模型分别应用于小冰箱的冷藏室及散热器温控系统中。RT1为PRF-BF471型PTC热敏电阻，置于散热器位置，RT2为TS103-4100型NTC热敏电阻，置于冷藏室内。U1A、U1B构成两个具有回差特性的电压比较器。U1A及RT1用于检测散热器温度，当散热器温度在75℃以下时，RT1阻值小于其保护温度75℃时的阻值Rs=4.7kΩ，U1A输出低电平，允许U1B进行温控；温度超过75℃时，PTC热敏电阻器阻值RT1快速上升超过Rs，从而导致U1A输出高电平，三极管Q1导通，继电器K1断开，冰箱停止制冷。直至温度又回落至75℃以下，U1A才允许冰箱进行制冷。其仿真扫描结果如图6a)所示。当散热器温度在75℃以下，且冷藏室温度高于5℃时，RT2阻值较小，电压比较器输入低电平，U1B输出低电平，冰箱开始制冷；当冷藏室温度下降到达5℃左右时，RT2阻值增大至26kΩ左右，比较器输入高电平，U1B输出高电平，冰箱停止制冷。其仿真扫描结果如图6b)所示。

通过Multisim11.0仿真软件中自带的电阻模型，介绍了建立PTC、NTC热敏电阻仿真模型的方法，并将该模型应用到小冰箱制冷控制电路中，通过软件的参数扫描分析工具，对建立的热敏电阻模型及其温控电路进行了温度参数扫描分析，仿真运行的结果达到了预期的设计目标。验证了的热敏电阻模型的正确性，说明该模型的建立方法具有一定的普遍性。

作者：马颖 单位：四川信息职业技术学院

热敏电阻篇2

[关键词]特殊电阻；选用和检测；方法研究

中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0310-01

0 引言

随着地区电网建设的快速发展，迈向智能电网的步伐进一步加快，地区电力系统及基础设施建设自动化水平日益提高。当前，热敏电阻、压敏电阻、光敏电阻这些特殊电阻和光电耦合器等元器件已在电力系统自动化控制、过电压保护、日用电器、防盗报警、工业控制、温度控制、光控制甚至军事领域使用普遍，探讨其选用及检测方法意义非常重大。

1 特殊电阻器件的种类

应用于电力系统中的特殊电阻器件主要有热敏电阻、压敏电阻和光敏电阻等器件。如电力系统中电机启动、过电压及过热保护、温度控制、通信及调度自动化系统中运用应用广泛，同时在电力系统辅助环境、生产生活过程中也应用更加普遍。

2 特殊电阻器件的选用

2.1 热敏电阻器的选用

按照热敏电阻的种类，可分为正温度系数热敏电阻即PTC、负温度系数热敏电阻NTC，使用时应根据电路的要求而定。

通过研究、总结，正温度系数热敏电阻PTC一般用于电动机过电流过热保护电路、限流电路、恒温电加热电路和一些压缩机的启动电路等。用作启动电路中常用的热敏电阻器可选MZ-01～MZ-04系列、MZ81系列、MZ91系列、MZ92系列和MZ93系列等，以达到最好的起动效果；用作各类电脑显示器上消磁一类的热敏电阻器可选用MZ71～MZ75系列等，选用标称阻值、最大起始电流、最大工作电压等参数均符合要求的消磁热敏电阻器；用作限流用的功率PTC热敏电阻器可选MZ2A～MZ2D系列、MZ21系列；电动机过热保护用PTC热敏电阻器可选MZ61系列，应选用标称阻值、开关温度、工作电流及耗散功率等参数符合应用电路要求的型号。

2.2 压敏电阻器的选用

压敏电阻器用于限制有害的过电压和操作过电压，能有效保护系统或设备，主要用于各种电子、电气产品的过电压保护电路中，如变电站母线上及电缆用的避雷器、过电压保护器包括组合式过电压保护器等，其核心工作原理就是利用氧化锌阀片的残压通俗讲即利用放电间隙给氧化锌阀片分压的方式降低操作冲击保护残压而实现过电压保护。

选择压敏电阻器件的主要参数包括标称电压、最大连续工作电压、最大限制电压、涌流容量等必须符合应用电路的要求，尤其是标称电压要求准确。标称电压过高，压敏电阻器起不到过电压保护作用；标称电压过低，压敏电阻器容易误动或被击穿。

2.3 光敏电阻器的选用

在变电站或通信、调度自动化系统中运用很多，如光控、光感探照灯，光电信号转换、光敏二三极管及光电集成电路等等。光敏电阻器是利用半导体光电导效应，制成的一种特殊电阻器，也就是它对光线十分敏感。它的电阻值能够随着环境光照强弱或明暗变化而变化。它在无光照时，呈高阻状态；当有光照射时，它的电阻值迅速减小。选用光敏电阻器时，应首先确定电路中所需光敏电阻器的光谱特性。若用于各种光电自动控制系统、光报警系统，应选用可见光光敏电阻器；若用于红外信号检测等有关自动控制系统，则应选用红外光光敏电阻器；若是用于紫外线探测等仪器的，则应选用紫外光光敏电阻器。选用时，还应注意所选光敏电阻器的主要参数（包括亮电阻、暗电阻、最高工作电压、视电流、暗电流、额定功率、灵敏度等）是否符合应用电路的要求。

3 特殊电阻器件的检测实验方法

3.1.1 热敏电阻器的检测方法。PTC热敏电阻器的检测：可用万用表R×1档，具体可分两步：

a.常温检测（在25°C左右）：首先测出其实际阻值并与标称阻值相对比，二者相差在±2Ω内即为正常。实际电阻值若与标称阻值相差过大，则表明其性能不良或已损坏。

b.加温检测：若常温测试正常，则可进行加温检测。将电烙铁等热源靠近PTC热敏电阻，同时用万用表监测其电阻值是否随温度的升高而增大，如阻值增大说明热敏电阻正常；若阻值无变化，说明其性能变坏、不能使用。

3.1.2 NTC热敏电阻器的检测：测量标称电阻值RT，用万用表根据NTC热敏电阻的标称阻值，选择合适的电阻档，可直接测出RT的实际值。

3.2 压敏电阻器的检测方法。

用万用表的R×1K档，测量压敏电阻器的2只引脚之间的正、反向电阻。阻值应为无穷大，否则说明漏电流大；若所测电阻很小，说明压敏电阻器已损坏、不能使用。

3.3 光敏电阻器的检测方法。

仍是用万用表测量其电阻值。根据光敏电阻的特性，检测时分以下三步：

a.将光敏电阻器透光窗口遮住，万用表的指针应基本保持不动，读数接近无穷大。读数越大说明其性能越好，若阻值很小或接近为零，说明已烧穿损坏。

b.将一光源对准光敏电阻器的透光窗口，此时万用表的指针应该有大幅度的摆动，阻值明显减小。此值越小说明其性能越好，此值很大甚至无穷大，则说明光敏电阻器内部开路损坏。

c.将光敏电阻器透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在窗口上部移动使它间断受光，此时万用表指针应该随小纸片的移动而左右摆动。如果万用表的指针始终停在某一位置而不随纸片移动而摆动，说明光敏电阻器内部光敏材料已经失效，不能使用。

4 检测关键点说明

4.1.1 对于PTC热敏电阻器，检测时必须注意的是，热源不能与PTC热敏电阻靠的太近或直接接触热敏电阻，以避免将其烫坏。

4.1.2 对于NTC热敏电阻器，由于它对温度很敏感，因此检测的时候必须注意以下几点：标称阻值是生产厂家在环境温度为25°C所测得的，所以我们在测量时应在环境温度接近25°C时进行，测量功率不得超过规定值，以免电流热效应引起测量误差，测试时不要用手捏住热敏电阻，以防止人体温度影响测试结果。

4.2 对于压敏电阻器检测主要掌握其阻值应为无穷大这一特点即可。

4.3 对于光敏电阻器检测则主要掌握好其光敏感特性即可，测量方法相对较为简单。

5 结束语

通过对日用电器、电力系统自动化控制系统中的热敏电阻、压敏电阻、光敏电阻这些特殊电阻及光电耦合器等器件的研究、检测与实验，达到积累、总结技术经验和提高工作效率的目的。此外，通过高效地选用、检测特殊电阻器件，可以自行处理安全、自动化系统设备或电子产品及配件等方面的故障。为设备检修、维护积累经验并提供依据，从而提高检修及维护工作的效率。

参考文献

[1] 王树铎.供热计量仪表企业须及时转型升级[N].中国建设报.2014-03-24（006）.

[2] 金真.建筑节能从楼宇自控开始[N].中国建设报.2013-04-23（005）.

[3] 魏康.珠海银通电动客车获金奖[N].珠海特区报.2013-05-14（001）.

热敏电阻篇3

Abstract： Firstly， analyze the temperature characteristics of thermistor resistances； secondly， taking the non—balanced bridge circuit which is composed by resistance box measure to design and produce a linear digital thermistor thermometer， finally the experimental analysis shows the rationality of the design.

关键词： 泰勒级数；热敏电阻；非平衡电桥；线性化

Key words： Taylor series；thermistor；non—balanced bridge circuit；linear

中图分类号：P414.5+3 文献标识码：A 文章编号：1006—4311（2012）28—0313—02

0 引言

半导体热敏电阻随温度变化的温度特性可分为3种类型：正温度系数热敏电阻（PTC）、负温度系数热敏电阻（NTC）和特定温度下电阻值发生突变电阻器（CTR）。具有负温度系数的热敏电阻，电阻值随温度的升高而急剧变小，这是因为在一些半导体内部，自由电子数目随温度的升高增加的很快，导电能力会很快加强；虽然原子震动也会加剧并阻碍电子的运动，但这种阻碍作用对导电性能的影响远小于电子被释放而改变导电性能的作用，所以温度上升会使电阻值迅速减小。

1 设计材料

本实验选用负温度系数热敏电阻，它的电阻值随温度的升高而减小。其电阻温度特性公式为：RT=Ae■（1）

式中，T为热敏电阻所处的环境的绝对温度（单位：开尔文），RT为热敏电阻在温度为T时的电阻值，A为常数，B为热敏电阻的材料常数。将式（1）两边取对数，可得：

1nRT=1nA+■（2）

由实验采集得到T—RT数据，描绘出1/T—lnRT曲线图，由图像得出直线的斜率B，截距1nA。则可以将热敏电阻的温度特性表达式写出来。

2 设计原理

为了能够使设计出的电路中的数字表显示的电压反映温度，电压与温度之间必须满足线性化关系，利用非平衡电桥完成该设计。

非平衡电桥电路如图1所示，R0，R1，R2，分别用电阻箱代替，RT为热敏电阻，桥路为毫伏表。温度T的变化引起热敏电阻阻值RT的变化，阻值RT的变化引起桥路数字表示数U0的变化。由于数字表示数U0的变化可以连续的测得，进而可以检测到连续变化的RT，进一步检测到连续变化的非电量T。

当电源电压E一定时，桥路电压表达式如下：（由于万用表内阻很大，桥路近似于开路）

U0=（■—■）·E（3）

因此，测温原理实质是利用热敏电阻随温度的变化引起电桥的电压发生变化，并将这种变化进行量化和线性化。

3 设计过程

在（3）中给出了U0与T之间的关系，但是该关系不是线性变化的，如何使U0与T之间在要求的温度测量范围内建立一种线性关系成为设计热敏电阻温度计的关键。通常可以通过适当选择桥路各参数来实现，即前面所提到的线性化。

为此将U0在温区中点T1处按泰勒级数展开：

U0=U01+U′01（T—T1）+Un

U■=■U■■（T—T■）■+■■U■■（T—T■）■

式中：U01为常数项，不随温度变化。U′01（T—T1）为线性项，Un代表所有的非线性项，它的值越小越好，为此令U■■为零，忽略三次以及三次以上的非线性项，就得到：

U0=U01+U′01（T—T1）

为明了推导过程，假设U01=？姿，U02=m，则U01=？姿+m（t—t1）。式中t和t1，分别是T和T1对应的摄氏温度，式中？姿和m由U■■=0可以推导出满足下面的关系式：

？姿=（■—■）.E（4）

m=（■）.E（5）

以上两式即为U0与t之间建立的线性关系的必要条件，其中T1可根据要求的线性化测温度范围确定，接下来只要确定B、？姿和m的值就可确定各仪器的参数。

本实验中T1取40摄氏度，B值取4250。根据非平衡电桥的显示表头，适当选取？姿和m的值，本实验中使电表读数是热敏电阻温度的10倍，即选取m=10mV/℃，则？姿=10t1mV=40mV，E的值有（5）式确定，由式（4）可得R1与R0的比值关系。由热敏电阻在40摄氏度时的电阻值可以求得R2的值。据此计算后得到各仪器参数值为：（其中R0选取8500？赘，测得RT1为4650？赘），E=942.5mV；R1=16.6？赘；R2=3467？赘；R0=8500？赘。

4 设计结果

按照图1连接电路，将电路各个元件数值调节到对应的参数值，毫伏表用万用表代替（因为数字万用表测量电压时的内阻非常大，可以有效限制分流），测量结果如表1所示。画出线性曲线如图2所示。

用该种方法设计的温度计，通过实验结果可以看出，所获得的数据在误差允许范围内，符合设计要求。由推导过程可知，由于热敏电阻的阻值与温度的变化不是完全线性的，只是在温区中点附近满足近似线性，温度范围越大，两端的数据测量偏差就越大，所以我们是在小测温范围内进行试验的，这种在某点按泰勒级数线性设计半导体温度计的方法，对在某点正负区间小范围内测量的结果较为理想。本实验可以作为传感器应用实例，向学员介绍热电转换产生温度传感，在实际应用中可以实现自动控制等。

参考文献：

[1]贾小兵，杨茂田等.大学物理实验教程（修订版）[M].北京：人民邮电出版社，2007.

[2]所正夫.制作热敏温度计[J].物理实验，2001，21（11）：30—31.

热敏电阻篇4

就是这种材料对温度非常敏感。温度稍有变化，它的性质就会出现明显改变。常见的热敏材料有：热敏陶瓷材料、热电偶材料和铂热电阻。

1、热敏陶瓷材料包括：PTC、NTC热敏电阻陶瓷、CTR临界温度热敏电阻陶瓷、PCT陶瓷发热体等。温度热敏感陶瓷材料都是经过陶瓷半导体化，有单晶半导体陶瓷和多晶半导体陶瓷材料。

2、热电偶材料包括：铂铑和铂铑、铂和铂铑、铜和康铜、镍铬和镍硅、镍铬和康铜等。

3、铂热电阻：常用的有热敏电阻，包括正温度系数PTC和负温度系数NTC的热敏电阻，以及临界温度热敏电阻CTR。

（来源：文章屋网 ）

热敏电阻篇5

关键词：z-元件、敏感元件、温度补偿、光敏、磁敏、力敏

一、前言

半导体敏感元件对温度都有一定的灵敏度。抑制温度漂移是半导体敏感元件的常见 问题 ，z-元件也不例外。本文在前述文章的基础上，详细介绍z-元件的温度补偿原理与温度补偿方法，供光、磁、力敏z-元件应用开发参考。

不同品种的z-元件均能以简单的电路，分别对温、光、磁、力等外部激励作用输出模拟、开关或脉冲频率信号[1][2][3]，其中后两种为数字信号，可构成三端数字传感器。这种三端数字传感器不需放大和a/d转换就可与 计算 机直接通讯，直接用于多种物理参数的监控、报警、检测和计量，在数字信息 时代 具有广泛的应用前景，这是z-元件的技术优势。但由于z-元件是半导体敏感元件，对环境温度 影响 必然也有一定的灵敏度，这将在有效输出中因产生温度漂移而严重影响检测精度。因而，在高精度检测计量中，除在生产工艺上、电路参数设计上应尽可能降低光、磁、力敏z-元件的温度灵敏度外，还必须 研究 z-元件所特有的温度补偿技术。

z-元件的工作原理本身很便于进行温度补偿，补偿方法也很多。同一品种的z-元件，因应用电路组态不同，其补偿原理与补偿方法也不同，特就模拟、开关和脉冲频率三种不同的输出组态分别叙述如下。

二、模拟量输出的温度补偿 对z-元件的模拟量输出，温度补偿的目的是克服温度变化的干扰，调整静态工作点，使输出电压稳定。

1．应用电路

z-元件的模拟量输出有正向(m1区)应用和反向应用两种方式，应用电路如图1所示，其中图1(a)为正向应用，图1(b)为反向应用，图2为温度补偿原理解析图。

2．温度补偿原理和补偿方法

在图2中，温度补偿时应以标准温度20℃为温度补偿的工作基准，其中令：

ts：标准温度

t：工作温度

qs：标准温度时的静态工作点 q：工作温度时的静态工作点

qs￠：温度补偿后的静态工作点

vos：标准温度时的输出电压

vo：工作温度时的输出电压

在标准温度ts时，由电源电压e、负载电阻rl决定的负载线与ts时的m1区伏安特性（或反向特性）相交，确定静态工作点qs，输出电压为vos。当环境温度从ts升高到t时，静态工作点qs沿负载线移动到q，相应使输出电压由vos增加到vo，且vo＝vos＋dvo，产生输出漂移dvo，。若采用补偿措施在环境温度t时使工作点由q移动到qs￠，使输出电压恢复为vo，则可抑制输出漂移，使dvo＝0，达到全补偿。

(1)利用ntc热敏电阻

基于温度补偿原理，在图1(a)、(b)中，利用ntc热敏电阻rt取代负载电阻rl，如图3(a)、(b)所示，温度补偿过程解析如图2所示。

在图3电路中，标准温度ts时负载电阻为rt，当温度升高到工作温度t时，使其阻值为rt￠，可使静态工作点由q推移到qs￠，由于rt.

(2)改变电源电压

基于温度补偿原理，补偿电路如图4(a)、(b)所示，图5为补偿过程解析图，其中负载电阻rl值不变，当温度由ts升到t时，产生输出漂移dvo，为使dvo=0，可使es相应增大到es￠，若电源电压的调整量为de，且de= es￠-es，要满足de=-kdvo的补偿条件，可达到全补偿。其中，k为比例系数，“负号”表示电压的改变方向应与输出漂移方向相反，比例系数k与负载线斜率有关，可通过 计算 或实验求取，且：

为了得到满足补偿条件的按温度调变的电源电压，实际补偿时可采用缓变型 ptc热敏电阻、ntc热敏电阻或温敏z-元件来改变电源电压e，达到补偿的目的：

①采用缓变型ptc热敏电阻

采用缓变型ptc热敏电阻的补偿电路如图6所示。

在图6中，z-元件与负载电阻rl构成工作电路，工作电路的直流电源电压e由集成稳压电源lm317电路供电，rt为缓变型热敏电阻，采用热敏电阻rt的lm317电路的输出电压为：

热敏电阻篇6

有关“变阻器”类的考题，涉及初中物理主要知识的综合应用，能有效考查学生的综合素质和能力，是近年来中考命题的热点。解题的一般思路方法是：明确“变阻器”的变阻关系，弄清电路组成和装置的工作原理，灵活运用相关知识分析解答。现将“变阻器”类考题归类例析如下，以供复习备考参考。

一、滑变式“变阻器”

利用机械装置使“变阻器”（类似于滑动变阻器）的阻值发生变化，实施对某物理量的检测，常见的有汽车油量表、水位检测仪等。关键是分析“变阻器”的结构，弄清其变阻过程。

例1.如甲所示是一种家庭水箱水位测量装置示意图，电源电压18 V保持不变，电压表量程0～15 V，电流表量程0～3 A，R0是阻值为10 Ω的定值电阻，R1是长20 cm、阻值为20 Ω的电阻丝，滑片P把电阻丝与轻质弹簧的

指针连在一起。圆柱体M长80 cm，底面积为200 cm2。当水位处于最高处时，M刚好浸没在水中，滑片P恰好在 R1的最上端。轻质弹簧阻值不计，M全部露出水面前，弹簧的伸长量Δl始终与受到的拉力F成正比。

（1）当水位下降时，电路中示数会随之减小的电表是。

（2）当水位处于最高处时，电压表的示数为多少？

（3）当水位下降，圆柱体M露出水面部分的长度为50 cm时，电流表示数为多少？（g取10 N/kg）

解析：“变阻器”由弹簧、指针、电阻丝R1、圆柱体M组成；R1与R0串联，电压表测R1两端电压，电流表测电路中的电流；水位变化，M位置随之变化，弹簧带动指针、滑片P滑动，使R1接入电路的阻值变化，电表示数显示水位的高低与变化。

（1）水位下降时，指针下移，R1接入电路的阻值减小，电路中的总电阻R总=R1+R0减小，电路中的电流I=UR1+R0增大，电流表示数增大，R1两端电压UR1=U-UR0=U-IR0减小，故示数减小的电表是电压表。

（2）当水位处于最高处时，R1接入电路的阻值为20 Ω，电路中的电流：

I=UR1+R0=18 V20 Ω+10 Ω=0.6 A

电压表示数：

U1=IR1=0.6 A×20 Ω=12 V

（3）当M露出水面部分的长度为50 cm时，它所受的浮力减小：

ΔF浮=ρ水gΔV=ρ水gSΔh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×200×10-4 m2×50×10-2 m=100 N

弹簧对M的拉力增加：

ΔF=ΔF浮=100 N

由图可知，当弹簧所受的拉力增大100 N时，弹簧伸长量Δl增加10 cm，即轻质弹簧指针从最高处下降10 cm，此时变阻器接入电路的阻值：

R1'=20 Ω-1 Ω/cm×10 cm=10 Ω

电流表示数：

I'=UR'1+R0=18 V10 Ω+10 Ω=0.9 A

二、压力传感器

由压敏电阻制成的压力传感器，其阻值受外界压力的影响而发生变化，多用于与压力有关的测量装置中，常见的有电子秤（压力测力计）、车辆超载报警、水深测量仪、撞击力测试仪等。关键是分析变阻的原因（是固体压力还是液体压力），弄清力电的关系。

例2.如甲所示是某压力测力计的电路原理示意图，图中电源电压为6 V并保持不变；定值电阻R0的规格是“520 Ω0.01 A”，起保护电路的作用；测力显示器是由电流表改装成的（电阻忽略不计），R是一种新型电子元件，其阻值R随压力F大小变化的关系如乙所示。求：

（1）R0允许消耗的最大功率是多少？

（2）分析乙，写出电子元件的阻值R随压力F变化的关系式。

（3）该测力计所能测量的最大压力是多少？

（4）若要增大该测力计所能测量的最大压力，请写出一种改进方法。

解析：R与R0串联，显示器实际上是一个电流表；R随所受的压力F变化，使之接入电路的阻值变化，引起显示器示数变化。

（1）由R0的规格可知，其允许通过的最大电流：I0=0.01 A，则R0允许消耗的最大功率：

P0=I02R0=（0.01 A）2×520 Ω=0.052 W

（2）由乙可知，电子元件的阻值R与压力F的关系为一次函数，设为R=kF+b；由图象可知，当F=0时，R=200 Ω；当F=50 N时，R=180 Ω，则有200 Ω=k×0 N+b、180 Ω=k×50 N+b，联立等式解之，可得：b=200，k=-0.4。故电子元件的阻值R随压力F变化的关系式为：

R=200-0.4F（或R=200-25F）。

（3）电路中允许通过的最大电流：I0=0.01 A，则电路中的最小总电阻：

R总=UI0=6 V0.01 A=600 Ω

因R与R0串联，则R的最小电阻：

R最小=R总-R0=600 Ω-520 Ω=80 Ω

此时R上的压力最大，根据R与F的关系R=200-0.4F（或图乙）可知，该测力计所能测量的最大压力：F最大=300 N。

（4）由R与F的关系R=200-0.4F可得：F=200-R0.4。由此式可知，要增大该测力计所能测量的最大压力，应减小R。

根据R总=UI=R+R0可知，电源电压、最大电流一定时，总电阻不变，可增大R0以减小R；电流一定时，可减小电源电压使总电阻减小，以减小R。故方法一：换R0，增大R0的阻值；方法二：换电源，减小电源电压。

例3.小明利用压力传感器、电磁继电器、阻值可调的电阻R等元件，设计了一个汽车超载自动报警电路，如甲所示；压力传感器所受压力与输出电压的关系如乙所示。闭合开关S，当继电器线圈中电流大于或等于20 mA时，衔铁被吸合。已知传感器的输出电压U即为继电器控制电路的电源电压，线圈的电阻为20 Ω。

（1）车辆不超载时，工作电路中绿灯亮；当传感器所受压力增大到一定程度时，红灯亮，说明汽车超载。请你判断灯（填“L1”或“L2”）是红灯。

（2）某水平公路桥禁止质量大于或等于20 t的车辆通行，要用小明设计的装置为此桥报警，R的阻值应调节为多少？（g取10 N/kg）

（3）在水平路面上，要使该装置报警，通过车辆的最小重力为多少？

（4）请你运用所学物理知识，说明超载的一项危害。

解析：压力传感器与R串联在控制电路中，指示灯在工作电路中；图象反映压力与输出电压的关系。

（1）车辆不超载时，衔铁没有吸合，衔铁上的触点与上端触点接通，L1亮；超载时，衔铁吸合，衔铁上的触点与下端触点接通，L2亮，故L2是红灯。

（2）压力：F=G=mg=20×103 kg×10 N/kg=2×105 N

由图象可知，此时对应的电压为1.0 V。

因衔铁吸合报警时，线圈中最小电流为20 mA，此时控制电路中的总电阻：

R总=UI=1.0 V0.02 A=50 Ω

R的阻值：R=R总-R线圈=50 Ω-20 Ω=30 Ω。

（3）当R调为0时，输出电压最小。

最小电压：U0=IR线圈=0.02 A×20 Ω=0.4 V

由图象可知，此时对应的压力为0.8×105 N。

故车辆的最小重力为8.0×104 N。

（4）压强大，易损坏路面（或惯性大，不易刹车）。

例4.物理兴趣小组设计了一个便携式水深测量仪，它主要是由探头A和控制盒B构成，它们之间用有绝缘皮的细导线相连形成回路，如甲所示。其中探头A是一个底面积为10 cm2、高5 cm、重2.5 N的圆柱体，探头A的底部为压敏电阻R（R与水接触的表面涂有绝缘漆），工作时底部始终与水平面相平，压敏电阻R随表面压力大小的变化如乙所示。A和B间的电路连接关系如丙所示，其中电源电压恒为3 V，电流表盘改装成深度表（导线的重力与体积均不计）。兴趣小组的同学将探头A缓慢放入水中，求：

（1）探头A有12体积浸入水中时，R底部受到水的压强是多少帕？

（2）探头A全部浸入水中时，导线对探头A的拉力是多少牛？

（3）将探头投入看似不深的水平池底，静止时（R与池底未紧密结合）导线已松弛，电流表示数是0.4 A，则表盘0.4 A处应该标水的深度值为多少米？

解析：控制盒A、B组成串联电路；图象反映压敏电阻R与表面压力的关系；深度表显示水深。

（1）探头A一半浸入水中时，R底部受到水的压强：

p=ρ水gh'=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×12×5×10-2 m=250 Pa

（2）探头A全部浸入水中时所受浮力：

F浮=ρ水gV=ρ水gSh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×10×10-4m2×5×10-2m=0.5 N

导线对A的拉力：

F拉=G-F浮=2.5 N-0.5 N=2 N

（3）电流表示数为0.4 A时，压敏电阻接入电路的阻值：

R=UI=3 V0.4 A=7.5 Ω

由乙可知，此时压敏电阻表面所受压力：F压敏=75 N

池底对A的支持力：

F支=G-F浮=2.5 N-0.5 N=2 N

水对A底部的压力：

F水压=F压敏-F支=75 N-2 N=73 N

水对A底部的压强：

p水=F水压SA=73 N10×10-4 m2=7.3×104 Pa

表盘0.4 A处应该标的水深：

h水=p水ρ水g=7.3×104 Pa1.0×103 kg/m3×10 N/kg=7.3 m

三、气体传感器

由气敏电阻制成的气体传感器，其阻值受气体浓度的影响而发生变化，多用于大气监测、气体浓度检测等装置中，常见的有酒驾测试仪、汽车尾气检测仪、空气净化器（二氧化碳浓度监测）等。关键是分析气体传感器的气、阻关系。

例5.为防止酒驾事故的出现，酒精测试仪被广泛应用。有一种由酒精气体传感器制成的呼气酒精测试仪，当接触到的酒精气体浓度增加时，其电阻值降低，如甲所示。在乙所示的工作电路中，电源电压恒为8 V，定值电阻R2=20 Ω。求：

（1）当被检测者的酒精气体的浓度为0时，电压表的示数是多少？

（2）现在国际公认的酒驾标准是0.2 mg/mL≤酒精气体浓度≤0.8 mg/mL，当电流表的示数达到0.2 A时，试通过计算判断被检测者是否酒驾。

解析：R1与R2串联，电压表测R1两端电压，电流表测电路中的电流；传感器的阻值随酒精气体浓度的变化而变化，引起电表示数变化。

（1）由图象可知，当酒精气体的浓度为0时，R1=60 Ω，电路中电流：

I=UR1+R2=8 V60 Ω+20 Ω=0.1 A

电压表示数：

U1=IR1=0.1 A×60 Ω=6 V

（2）当电流表示数为0.2 A时，

R1=R总-R2=UI-R2=8 V0.2 A-20 Ω=20 Ω

由图象可知，被检测者的酒精气体的浓度为0.3 mg/ml。

因0.2 mg/mL

四、温度传感器

由热敏元件（PTC电阻、热敏电阻）制成的温度传感器，其阻值受外界温度的影响而发生变化，多用于温度监测或温度自动控制等装置中，常见的有智能电蒸锅、电吹风、自动调温电熨斗等。关键是分析温度传感器的温、阻关系。

例6.小明以某种PTC电阻作为发热部件，制作了一个恒温孵化箱。甲是恒温孵化箱的电路图，R1、R2是两个相同的PTC电阻，电源电压220 V；乙为单个这种PTC电阻与温度变化的关系图。

（1）当温度为40 ℃时，电路中的电流为多少安？

（2）恒温孵化箱的最大发热功率是多少瓦？

（3）当温度保持40 ℃不变时，恒温孵化箱的产热和散热达到了关系。如果仅仅从产热方面分析，当温度超过40 ℃时，恒温孵化箱是怎样自动实现温度下降的？

解析：R1与R2均为相同的PTC电阻，二者串联；利用PTC电阻随温度的变化实现对温度的自动控制。

（1）由乙可知，当温度为40 ℃时，PTC电阻R1=R2=500 Ω

电路中的电流：

I=UR1+R2=220 V500 Ω+500 Ω=0.22 A

（2）由乙可知，PTC电阻R1、R2的最小阻值均为100 Ω，则恒温孵化箱的最大发热功率：

P最大=U2R'1+R'2=（220 V）2100 Ω+100 Ω=242 W

（3）当温度保持40 ℃不变时，恒温孵化箱的产热和散热平衡，否则温度会发生变化；由乙可知，温度超过40 ℃时，两电阻阻值变大，由P=U2R可知，电路的总功率变小，产热减少，自动实现温度下降。

例7.随着社会的发展和科技的进步，电路元件在各行各业得到广泛的应用，其中热敏电阻就是其中之一。甲是用热敏电阻测量环境温度的电路，电路中电流表的量程为0～0.02 A，滑动变阻器R的铭牌上标有“150 Ω0.3 A”字样，Rt为热敏电阻，其阻值随环境温度变化关系如乙所示，电源电压保持不变。

（1）将此电路放入温度为20 ℃的环境中，闭合开关S，调节滑片P，使滑动变阻器接入电路的电阻R=100 Ω，此时电流表的读数为0.01 A。

（1）求电源电压；

（2）若环境温度为40 ℃时，要保证整个电路元件的安全，求滑动变阻器的变化范围；

（3）此电路能测量的最高环境温度为多少？

解析：变阻器与热敏电阻串联，电流表测电路中的电流；利用热敏电阻随温度的变化实现对环境温度的测量。

（1）由图象可知，温度为20 ℃时，Rt=400 Ω，则电源电压：

U=I（R+Rt）=0.01 A×（100 Ω+400 Ω）=5 V

（2）由图象可知，温度为40 ℃时，Rt=200 Ω；由电流表量程可知，电路最大电流为0.02 A，则电路的最小电阻：

R最小=UI最大=5 V0.02 A=250 Ω

变阻器的最小阻值：R滑最小=R最小-Rt=250 Ω-200 Ω=50 Ω

变阻器的取值范围：50 ～150 Ω。

（3）电流表允许通过的电流最大时，电路中的电阻最小；随着温度的升高，Rt逐渐减小；当变阻器接入电路的阻值最大时，Rt的阻值最小，此时热敏电阻正常工作的环境温度最高。

电路中的最大电流为0.02 A时，电路的总电阻：

R总=UI最大=5 V0.02 A=250 Ω

热敏电阻的最小阻值：Rt小=R总-R滑最大=250 Ω-150 Ω=100 Ω

由图象可知，此时对应的温度为50 ℃，故该电路能测量的最高环境温度为50 ℃。

五、光照传感器

由光敏电阻制成的光照传感器，其阻值受外界光照的影响而发生变化，多用于光控装置中，常见的有光控照明系统、烟雾监控器等。关键是分析光照传感器的光、阻关系。

例8.公共场所严禁吸烟。小明设计了一种简易烟雾报警控制器，如所示。电路中R0为定值电阻，R为光敏电阻，其阻值随光照强度的增大而减小，烟雾增大到一定程度使电压表的指针偏转到某区域时触发报警系统。以下做法能使控制器在烟雾较淡时就触发报警的是（）

A.电压表改成大量程

B.增大激光强度

C.减小R0阻值

D.减小电源电压

解析：光敏电阻R与R0串联，电压表测R两端电压，电流表测电路中的电流；烟雾增大时，照射到R上光照强度减小，R阻值增大，电路中的电流I=UR+R0减小，R两端电压UR=U-UR0=U-IR0增大，即电压表示数增大；当烟雾增大到一定程度时，电压表示数达到某一值时触发报警系统。

当烟雾较淡时，照射到R上光照强度增大，R阻值减小，电路中的电流增大，电压表示数减小，此时要使控制器触发报警，必须增大R两端的电压UR，由UR=U-IR0可知，应减小R0阻值。电压表改成大量程，不会改变UR；增大激光强度、减小电源电压，均使UR减小。答案：C。

例9.为了节能，学校为教室安装了光控照明系统，有效地避免了“长明灯”的现象。光控系统用光敏电阻控制，光敏电阻的阻值随着光的照度改变而发生变化的元件（光越强，照度越大，照度的单位为lx）。某光敏电阻Rp在不照度下的阻值如下表：

照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/kΩ754028232018（1）根据表中数据，请在甲所示的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的图线。其阻值随照度变化的规律是。

（2）如乙所示，当1、2间电压上升至4 V时，控制电路自动启动照明电路。请利用所给器材在图中虚线框内设计一个电路，给1、2两端提升电压，并要求当天色渐暗照度降至1.0（lx）时，照明电路启动。（控制电路对你所设计的电路无影响）

器材：电源（电压为6 V），开关S及导线若干，其他器材如下表：

器材电路符号规格及说明光敏电阻（1）中的光敏电阻Rp电阻箱阻值可调、可读出调节范围：0～99.9 kΩ在你所设计的电路中，电阻箱的阻值应调到 kΩ；

（3） 某同学在对所设计的电路进行调试时，发现照明电路过早启动。请你提出一个可行的解决办法：。

解析：采用描点法绘制图象；由表中数据或图象分析光敏电阻阻值随照度变化的规律；根据要求设计电路；分析照明电路过早启动的原因，确定相应的解决办法。

0（1）根据表中数据，先描点，再用平滑的曲线连线，如0甲所示。光敏电阻阻值随照度变化的规律是：光敏电阻阻值随照度的增大而减小。

（2）将光敏电阻、电阻箱与开关、电源组成串联电路；由于光变暗时，光敏电阻变大，U12变大，故应将控制系统与光敏电阻并联，即1、2两端接在光敏电阻两端，电路如0乙所示。

因要求当天色渐暗照度降至1.0（lx）时，照明电路启动，此时光敏电阻的阻值Rp=20 kΩ，其两端电压U光=4 V，则电阻箱两端电压：U箱=U-U光=6 V-4 V=2 V。

根据串联分压可知：U光U箱=RPR箱=20 kΩR箱=4 V2 V=21

解之得，电阻箱的阻值：R箱=10 kΩ

（3）照明电路过早启动，原因是RP两端电压过大，故应使RP的阻值减小，从而使RP分压减小。解决办法：增大电阻箱R的阻值（或减小电源电压）。

六、磁敏传感器

由磁敏电阻制成的磁敏传感器，其阻值受磁场强弱的变化而发生变化，多用于磁感应强度测量等。关键是分析磁敏电阻的磁、阻关系。

例10.磁场的强弱可用磁感应强度（B）表示，单位为特斯拉（T）。小华设计了磁感应强度测量仪，为其原理图。该仪器显示计由电流表改装，电源电压为6 V，定值电阻R0为40 Ω，磁敏电阻RB在常温下的阻值随外加磁感应强度变化的对应关系如下表所示。求：

磁感应强度B/T00.040.080.120.160.20磁敏电阻RB/Ω160180200230260290（1）当待测磁感应强度为0 T时，磁敏电阻RB是多少？

（2）用该测量仪测得某处的磁感应强度是0.08 T，电路中的电流是多少？磁敏电阻RB两端的电压是多少？

（3）若把该测量仪放在某处，闭合开关，电路消耗的总功率为0.12 W，则该处磁感应强度是多少？

解析：磁敏电阻RB与定值电阻R0串联；外加磁感应强度变化，引起磁敏电阻RB的阻值变化，通过显示计的电流随之变化。

（1）由表中数据可知，当B=0 T时，RB=160 Ω。

（2）当B1=0.08 T时，RB1=200 Ω

总电阻：R1=RB1+R0=200 Ω+40 Ω=240 Ω

电路中的电流：I1=UR1=6 V240 Ω=0.025 A

RB两端电压：UB1=I1RB1=0.025 A×200 Ω=5 V

（3）由P=UI=U2R可得，电路总电阻：R2=U2P=（6 V）20.12 W=300 Ω

则RB2=R2-R0=300 Ω-40 Ω=260 Ω

热敏电阻篇7

关键词：设计实验；放大电路；自动控制

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2007)6(S)-0054-2

J2482型《传感器的简单应用》实验器提供如下器材：热敏电阻、小灯泡、继电器、直滑电位器、导线等，要求学生利用这些器材设计一个由热敏电阻作为传感器的简单自动控制实验，当温度过高时灯亮，向人报警。学生要设计出该自动控制实验电路，应从以下三方面进行。

1 让学生了解J2482型仪器中的元件在电路中的作用

①热敏电阻：学生通过实验也知道热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。

②小灯泡：在自动控制实验电路中作光显示用。

③直滑电位器：自动控制实验电路中作灵敏度调试用。

④继电器：该仪器在设计电路中起核心作用，学生能否设计出自动控制实验电路，对该仪器的掌握是关键，老师应重点详细介绍。构造如图1所示，左边是一个三极管，R是一个基极电阻，中间是一个电磁铁。

原理：三极管V和基极电阻R组成一个放大电路。当基极 b电流发生微小变化，引起集电极c电流发生较大变化，即引起电磁铁线圈中电流有较大变化。电流大时，动触片与下端静触片接触，处于常开电源接通。否则电流小时，动触片与上端静触片接触，处于常闭（开路）。

作用：自动控制实验电路中作自动开关用。

2 基本放大电路

由上面断电器的构造、原理可知，学生要设计出自动控制实验电路，必须要知道由三极管组成的基本放大电路的组成和分析方法，图2所示为由三极管组成的能自动稳定静态工作点的分压式偏置放大电路的直流通路（该实验只用直流电），电源电压Ucc经Rb1、Rb2串联分压后为三极管基极提供UBQ。由图2可得：

3 自动控制实验电路

学生了解前两个方面后，可设计出自动控制实验电路如图3所示。

由图3可知：Rb1、Rb2分别是热敏电阻和电位器，开始时调节电位器的阻值Rb2使小灯泡不亮。当热敏电阻放入热水中时，热敏电阻的阻值Rb1减小。由

可知当Rb1减小，UBQ增大，即基极电流增大，集电极电流（电磁铁线圈中电流）增大，动触片与下端静触片接触，小灯泡亮。

“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”

热敏电阻篇8

【关键词】UC/OSII操作系统；单片机；温度采集

Abstract：A temperature acquisition system based on uc/os-II operating system is reported in this paper.Hardware system includes microcontroller，thermistor temperature sensor and serial port communication MAX3232.The system has the advantages of small volume，low-power and simple circuits.

Keywords：UC/OSII operating system；single computer；temperature acquisition

1.系统介绍

本系统是基于UCOSII操作系统的温度采集系统，微控制器采用的是意法半导体（ST）公司推出的基于ARM CortexM3内核的STM32F103增强型系列STM32F103VC。传感器使用的是具有负温度系数的热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，通过AD采样其电压值，就可以算出对应的阻值，再查询热敏电阻的温度――阻值系数表，就可以得出当前的温度。该系统的显示分为两个部分，从机显示和主机显示，从机显示采用的是一个2.8寸的TFT彩色液晶，调用液晶的显示库函数，只需要设定好函数的各项参数，也就是显示的坐标和显示内容，就可以在液晶屏上看到我们想看到的内容了。主机显示即上位机显示，用VC编写显示的界面。

2.功能模块以及硬件电路介绍

2.1 微控制器

Stm32f103vc是一个基于cortex-M3的32位ARM7微控制器，并带有64或128kB的嵌入式高速Flash存储器，最高72MHz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHz。

由于内置了宽范围的串行通信接口（3个USART、SPI和2个I2C）和20KB的片内SRAM，7通道DMA控制器，支持的外设有定时器、ADC、SPI、I2C和USART，使得Stm32f103vc也适合用在通信网关和协议转换器中。3个16位定时器，每个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入。1个16位带死区控制和紧急刹车，用于电机控制的PWM高级控制定时器。

2.2 传感器

方案一：采用Pt10铂电阻作为检测温度的传感器，其原理是将温度的变化反应到电阻的电压的变化上，经过A/D转换器将其转换成数字量，与其温度的变化相同。其优点是测量的范围广，缺点是成本高，辅助电路复杂，难维护。

方案二：采用半导体温度传感器DS18B20，DS18B20为可编程数字式温度传感器，将采集到的温度转换成二进制数保存在传感器中，SCM可以通过对DS18B20的寄存器的访问读出寄存器的值，DS18B20内部有上下限报警值设定寄存器，可以对传感器进行上下限报警设定。其优点是操作简单，硬件电路简单，不易受到外界的干扰。

方案三：采用热敏电阻，其阻值随温度的变化而变化，一般分为两种基本类型，负温度系数（NTC）和正温度系数（PTC），NTC表现为阻值随温度的升高而减小，PTC表现为阻值随温度的升高而升高，这两种热敏电阻都各自具有优点和特点，以适应不同的应用场合，其应用电路简单，成本低，在测量精度要求不是很好的场合，热敏电阻是很好的选择，基于以上考虑，在本系统中采用的是分温度系数的热敏电阻。

3.显示模块介绍

3.1 从机显示模块

从机显示模块采用的是一个2.8寸的TFT彩色液晶显示器，该液晶具有操作简单，显示的信息量大而且设计灵活的特点，显示只需要在转换结束以后调用显示的库函数，设置好各项参数，需要的内容就会显示在液晶屏上。

3.2 主机显示

主机显示采用的PC机，用VC编写一个从串口接收数据的界面。在串口打开之前界面如图3.1所示。

图3.1 上位机显示界面

4.硬件电路

4.1 电源电路

本系统采用的Stm32f103vc，其供电电源3.3V，其内核供电为1.8V，采用的是线性三端集成稳压芯片U10 LT1117-3.3，具体电路图如图4.1所示。

图4.1 系统的供电电路图

图4.2 串口接口电路图

4.2 串口通信电路

在本系统中需要用到串口通信。控制发送数据到PC上显示。在串口通信中使用到的芯片是MAX3232，MAX3232是一种低功耗拥有两个接收器和两个发射器的串口接口芯片。它兼容了RS-232的特性。供电范围是3V-5.5V.在MAX3232内部，有两个充电泵。该芯片的电路非常简单，外部只需要接上4个0.1uF的充电电容就可以使用了。通信速率在120kbps能够保证数据不出错。并且能够保持RS232的输出电平。MAX3232具有低至1uA的关闭模式，在便携式设备中，降低了电源的消耗，延长了电池的寿命。在低能耗的关闭模式中，接收器任然处于激活模式，允许调制解调器接收数据，其应用电路如图4.2所示。

4.3 传感器应用电路

在本系统中，传感器使用的是具有负温度系数的热敏电阻（NTC），其测温原理是：热敏电阻的阻值随温度的升高而降低，热敏电阻两端的电压也相应的降低，通过STM32内部的AD采样就可以得到热敏电阻两端的电压，其应用电路如图4.3所示。

图4.3 热敏电阻应用电路图

图5.1 从机软件流程图

图5.2 主机软件流程图

假如在某一时刻采样得到的电压值为A伏，此时热敏电阻的阻值为B欧，计算出此时点电阻值，再查询热敏电阻的阻值与温度关系的对应表，就可以得出此时的温度。

图5.3 主机接收数据界面

5.软件流程图以及应用软件

5.1 下位机软件流程图

该模块主要是实现NTC温度传感器测温功能，首先读取AD转换的值，然后根据此值计算所对应的温度值。输出参数为十进制的温度值。程序流程图如图5.1所示。

5.2 上位机软件流程图

图5.4 设计实物图

该模块主要是完成接收下位机传送上来的数据，并将数据以正确的形式显示在控制界面当中。该模块包括界面的设计以及具体的响应函数的设计。

上位机的串口通信用的不是VC自带的MSCOMM控件，这里使用一个动态库，分别是Pcomm.h，Pcomm.lib，Pcomm.dll。输入参数为串口的接收数据，输出参数为编辑框的显示数据。程序的流程图如图5.2所示。打开串口后主机接收数据时的界面如图5.3所示。设计的实物图如图5.4所示。

参考文献

[1]周立功.ARM嵌入式系统基础教程（二）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[2]周立功.ARM嵌入式系统基础教程（三）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[3]周立功等.EasyArm2131教材[M].

[4]谭浩强著.C程序设计（第三版）[M].清华大学出版社，2007.

[5]周旭.现代传感器技术[M].北京：国防工业出版社，2007.

[6]田泽.嵌入式系统开发与应用教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

作者简介：

党长青（1987―），男，山东沂水人，贵州大学电气工程学院检测技术与自动化装置专业硕士研究生，主要研究方向：计算机测控技术。

熊锦玲，女，湖北宜昌人，贵州大学电气工程学院检测技术与自动化装置专业硕士研究生，研究方向：计算机测控技术。