PPT《第5章 换能器件》

第5章 换能器件 换能元器件是实现电量与非电量之间相互转换的电子元器件.

在现代工业自动化程度越来越高,民用产品智能化程度越来越强的今天,换能元器件的重要性日显突出.本章主要介绍了几种敏感元器件以及电光器件和电声器件. 5.1 热敏元器件 5.1.1热敏电阻的概念1.定义热敏电阻是指阻值随温度的改变而发生显著变化的敏感元件,它可以将热量(温度)直接转换为电量.它们多由金属氧化物半导体材料构成,也有由单晶半导体、玻璃和塑料等制成. 2.热敏电阻器的工作原理 半导体的导电方式是载流子(电子、空穴)导电.由于半导体中载流子的数目远比金属中的自由电子少得多.随着温度的变化,半导体中参加导电的载流子数目就会急剧变化,故半导体电导率变化明显.热敏电阻器正是利用半导体的电阻值随温度显著变化这一特性制成的热敏元件.它是由某些金属氧化物按不同的配方制成的,在一定的温度范围内,通过测量热敏电阻阻值的变化,便可得到被测介质的温度变化. 3.分类热敏电阻的分类方法很多,一般可按其阻温特性、结构、形状、用途、材料、使用范围等分别进行分类. (1)按阻温特性分类 热敏电阻按阻温特性可分为负温度系数热敏电阻和正温度系数热敏电阻两种.它们又可分别分为开关型和缓变型两种.正温度系数热敏电阻(PTC)是指在工作温度范围内,其阻值随温度升高而增加的热敏电阻.金属材料具有正电阻温度系数,如图所示. 开关型 缓变型 温度 阻值 (a) 正温度系数热敏电阻 (1)按阻温特性分类 负温度系数热敏电阻(NTC)是指在工作温度范围内,其阻值随温度升高而减小的热敏电阻.合成氧化物半导体材料具有负电阻温度系数.负温度系数热敏电阻其温度系数在-1~6(*10-2/℃),如图(b)所示. 开关型 缓变型 温度 阻值 (b) 负温度系数热敏电阻 (1)按阻温特性分类 开关型负温度系数热敏电阻(CTR),又称临界负温度系数热敏电阻,是指在特定温度范围内,其阻值急剧下降的热敏电阻.开关型正温度系数热敏电阻(PTC-S),又称临界正温度系数热敏电阻,是指在特定温度范围内,其阻值急剧上升的热敏电阻.缓变型负温度系数热敏电阻或缓变型正温度系数热敏电阻是指在一定温度范围内,其阻温特性与开关型相似,但变化不如开关型陡峭,即变化比较缓慢的热敏电阻. (2)按加热方式分类 热敏电阻按加热方式可分为直热式和旁热式两种.直热式是利用电阻体本身通过电流取得热源而改变阻值.旁热式是尽量减低自加热所产生的电阻变化,而用管形热敏电阻中央或珠形、片型热敏电阻外部加热器的加热电流来改变阻值. (3)按材料分类 热敏电阻按材料可分为陶瓷热敏电阻、半导体单晶热敏电阻、玻璃热敏电阻、塑料热敏电阻、金刚石热敏电阻等. (4)按温度范围分类 热敏电阻按温度范围可分为常温型热敏电阻、高温型热敏电阻、低温型热敏电阻三种.常温型热敏电阻:温度范围在-60~+350℃高温型热敏电阻:温度范围大于+350℃低温型热敏电阻:温度范围小于-60℃ (5)按用途分类 热敏电阻按用途可分为补偿型热敏电阻、测温型热敏电阻、控温型热敏电阻和稳压型热敏电阻. 5.1.2热敏电阻的特性参数 1.阻温特性热敏电阻的阻温特性是指电阻的实际阻值与电阻体温度之间的依赖关系,即正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻,如图所示.2.伏安特性在静态情况下,通过热敏电阻的电流I与其两端电压U的关系,称为热敏电阻的伏安特性. 如图为负温度系数热敏电阻的伏安特性.当流过热敏电阻的电流很小时,热敏电阻的伏安特性遵循欧姆定理,当电流增大到一定值后,由于热敏电阻本身温度的升高,使之出现负阻特性,虽然电流增大,但电阻却减小,端电压下降. I(mA) U(V) 图为正温度系数热敏电阻的静态伏安特性曲线,当热敏电阻的耗散功率增大时,电阻体温度超过环境温度,引起阻值增大,曲线开始弯曲.当电压增加到Um时,电流达到最大值Im.如果电压继续增加,由于温升引起的阻值增加超过了电压的增加速度,电流反而减小,曲线斜率变负. U(V) Um I(mA) Im 3.额定功率 热敏电阻在规定的技术条件下,长期连续工作所允许消耗的最大功率,称为额定功率.在此功率下,电阻体自身温度不应超过其最高工作温度. 4.实际阻值RT 实际阻值是指在一定的环境温度下,采用引起阻值变化不超过0.1%的测量功率所测得的电阻值,又称为零功率电阻值、不发热功率电阻值、冷电阻值.阻值大小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸. 热敏电阻的实际阻值与其自身温度关系为:负温度系数热敏电阻:正温度系数热敏电阻:式中:RT为绝对温度T时的实际电阻值;