《检测与传感器应用技术》课程单元教学设计一
教学设计学习项目名称温度传感器---热敏电阻原理及应用本单元学时 2
学习指南知识目标：
1.热敏电阻的温度特性。
2.各类热敏电阻的应用范围，负温度系数型（NTC）正温度系数型（PTC）。
3.家用电器中热敏电阻的应用。
能力目标：
1.具有用万用表测量热敏电阻值，确定其温度特性的能力；
2.具有根据设计需要选择热敏电阻型号的能力；
3.具有制作简单温控电路的能力；
4.具有将热敏电阻用于温度检测应用领域的能力；
5.具有将热电阻与显示仪表连接的能力；4.具有团队协作精神和技术交流能力。
项目教学设计思想
通过仿真实验了解热敏电阻的温度特性。制作简单的温控电路。学生掌握热敏电阻的应用呢。
具体教学实施计划
首先通过仿真实验及实物测量了解热敏电阻的温度特性。观察各种类型热敏电阻的温度特性。通过热敏电阻应用实例的讲解，引导学生自己设计一个用热敏电阻控制led亮暗的电路。温度高时指示灯亮，温度低时小灯熄灭。在整个过程中教师给予适当的指导。
教学方法与教学手段基本知识的教学方法：讲述法、分组法、任务教学法、案例教学法常规实训的教学方法：分组法、任务教学法、实践操作法、
拓展实训的教学方法：分组法、任务教学法、实践操作法
参阅资料《传感器电路制作与调试项目教程》，王迪，电子工业出版社，2013.2 《传感器应用电路400例》，王煜东，中国电力出版社，2008.8.
《传感器原理及应用》，于彤，机械工业出版社，2008.1.
《传感器应用》，陈卫，高等教育出版社，2014.1.
教学说明
NTC负温度系数热敏电阻[概念，计算方法，应用场合] NTC负温度系数热敏电阻 NTC热敏电阻是指具有负温度系数的热敏电阻。是使用单一高纯度材料、具有接近理论密度结构的高性能陶瓷。因此，在实现小型化的同时，还具有电阻值、温度特性波动小、对各种温度变化响应快的特点，可进行高灵敏度、高精度的检测。本公司提供各种形状、特性的小型、高可靠性产品，可满足广大客户的应用需求。 NTC负温度系数热敏电阻工作原理 NTC是Negative Temperature Coefficient 的缩写,意思是负的温度系数,泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件，所谓NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在10O~1000000欧姆，温度系数 -2%~-6.5%。NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。 NTC负温度系数热敏电阻专业术语 零功率电阻值 RT（Ω） RT指在规定温度 T 时，采用引起电阻值变化相对于总的测量误差来说可以忽略不计的测量 功率测得的电阻值。 电阻值和温度变化的关系式为： RT = RN expB(1/T – 1/TN) RT ：在温度 T （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值。 RN ：在额定温度 TN （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值。 T ：规定温度（ K ）。 B ： NT C 热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。 exp ：以自然数 e 为底的指数（e = 2.71828 …）。 该关系式是经验公式，只在额定温度 TN 或额定电阻阻值 RN 的有限范围内才具有一定的精确度，因为材料常数 B 本身也是温度 T 的函数。 额定零功率电阻值 R25 （Ω） 根据国标规定，额定零功率电阻值是 NTC 热敏电阻在基准温度25 ℃ 时测得的电阻值 R25，这个电阻值就是 NTC 热敏电阻的标称电阻值。通常所说 NTC 热敏电阻多少阻值，亦指该值。
热敏电阻材料与应用 一、传感器定义和分类 1、传感器的定义 国家标准 GB7665-87 对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 2、传感器的分类 目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种： （1）、按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器。（2）、按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅热电偶等传感器。 （3）、按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“１”和“０”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。 3、传感器的静态特性 传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。 4、传感器的动态特性 所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 5、传感器的线性度 通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。 6、传感器的灵敏度 灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△ y 对输入量变化△ x 的比值。它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度 S 是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化 1mm 时，输出电压变化为 200mV ，则其灵敏度应表示为 200mV/mm 。 当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。提高灵敏度，可得到较高
基于热敏电阻的温度控制器设计 王芬 电子信息学院测控技术与仪器1031班 摘要：介绍一种以单片机为核心的温度控制系统。该系统利用热敏电阻的阻值随温度的变化转化为频率的变化，再由单片机处理后显示温度值，并 实时处理。可以通过编程实现设置和显示温度的上下限和加热控制。测量 范围为10度到80度，适合用于空调机内部。 关键字：单片机、温度、控制系统、非线性、线性化 1 引言 在现实生活中，温度的监测和控制在纺织工业、林业、化工、各种军用、民用房以及气象和模拟人工气侯环境中等方面都有着广泛的应用。因此，能否有效地对这些领域的环境温度进行实时监测，是一个必须解决的重要课题目前，国际上新型温度测控系统从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，小型、低功耗、高可靠性、低成本的温度测控系统已经越来越受到关注，并广泛应用于工业控制和自动化测量系统中，给人们的生活带来了根本性的变化。基于其现实的诸多作用，设计了该温度控制器，也可在此基础上修改为其他非电量的测量系统。 2本系统工作原理 基于热敏电阻的温度控制器系统由前向通道、单片机、后向通道组成。前 向通道是单片机对被测控温度的输入通道，后向通道是单片机把处理后的数字 量进行传递、输出显示、控制和调节的通道。其结构框图如图1所示： 图1. 基于热敏电阻的温度控制器系统结构框图 3硬件的实现 3.1 温度传感器 温度传感器采用负温度系数的热敏电阻（NTC），NTC的温度系数大，价格低
廉，用此制造的测温、控温装置在科研、生产等方面使用非常广泛。但由于NTC 的温度特性存在严重的非线性，其非线性曲线图如图2所示。因此必须对系统进行线性化处理，线性化处理的方法很多。有硬件电路的互补法，软件上的最小二乘法等。下面文章将介绍一种新的方法。 图2：NTC 的非线性曲线图 通过观察由理想情况的测得的热敏电阻t R 和温度T 的多组数据，在Excel 上拟和出得出t R 与T 的曲线图，根据图形观察得到t R 和T 的表达式为: t a bT R c dT += + (1) 再通过C 语言编程计算出表达式中的系数a,b,c 和d 。再根据R/F 转换器中 1 0.7(2) t f C R R = + (2) 精确计算出参数C 和t R ，就能得到f 与T 的线性表达式。 T mf n =+ （3） （3）式中的系数m 和n 可通过（1）式和（2）式计算得到。 3.2 R/F 转换器 本系统的特点是用555定时器构成的多谐振荡器能产生矩形脉冲波，把NTC 电阻的变化直接转换为频率的变化，通过555的3脚接到单片机P3.4口定时/计数器0来对R/F 的脉冲计数，计数结果即为A/D 转换的结果。555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形成，它的振荡频率受电源和温度的变化的影响很小。这种方法省去了传统方法中的的放大电路，采样保持器，放大器，A/D 转换器，不论是在硬件电路还是在软件设计上都的到了简化。R/F 转换器的原理图如图3：
NTC热敏电阻原理及应用 NTC热敏电阻是指具有负温度系数的热敏电阻。是使用单一高纯度材料、具有接近理论密度结构的高性能陶瓷。因此，在实现小型化的同时，还具有电阻值、温度特性波动小、对各种温度变化响应快的特点，可进行高灵敏度、高精度的检测。本公司提供各种形状、特性的小型、高可靠性产品，可满足广大客户的应用需求。 NTC负温度系数热敏电阻工作原理 NTC是Negative Temperature Coefficient 的缩写,意思是负的温度系数,泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件，所谓NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在10O~1000000欧姆，温度系数-2%~-6.5%。NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。 NTC负温度系数热敏电阻专业术语 零功率电阻值 RT（Ω） RT指在规定温度 T 时，采用引起电阻值变化相对于总的测量误差来说可以忽略不计的测量功率测得的电阻值。 电阻值和温度变化的关系式为： RT = RN expB(1/T – 1/TN) RT ：在温度 T （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值。 RN ：在额定温度 TN （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值。 T ：规定温度（ K ）。 B ： NT C 热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。 exp ：以自然数 e 为底的指数（ e = 2.71828 …）。 该关系式是经验公式，只在额定温度 TN 或额定电阻阻值 RN 的有限范围内才具有一定的精确度，因为材料常数 B 本身也是温度 T 的函数。 额定零功率电阻值 R25 （Ω） 根据国标规定，额定零功率电阻值是 NTC 热敏电阻在基准温度25 ℃ 时测得的电阻值 R25，这个电阻值就是 NTC 热敏电阻的标称电阻值。通常所说 NTC 热敏电阻多少阻值，亦指该值。 材料常数（热敏指数） B 值（ K ）
基于热敏电阻和传感器的测温电路 实验目的： （1）了解和掌握热敏电阻的测试范围、精确度、灵敏度，对测温用敏感元件反应速度以及环境条件来合理的选择测温的传感器和测量方法。 （2）对温度测量装置的设计方法进行对比，选取准确度和精度较高的装置。(3)了解传感器的特性，基本物理量的测试，熟悉对电路的基本知识的运用。 实验用具： 热敏电阻，AD590集成温度传感器，数字万用表，恒温水浴，标准电阻，测量放大器，0--100℃分度值为0.1℃标准水银温度计。 实验要求： 设计一套对温度的实时测量和控制的装置，要求有如下指标： （1）测温范围：10--80℃； （2）精确度：1.5℃； （3）灵敏度：0.2℃； （4）响应时间：<5s； 实验原理： 1、测温传感器的选择 由于该装置是要求实时测量和显示温度值，因而需要将温度这个模拟量转变为电学量输出的传感器较为合适。从对测温灵敏度及响应时间考虑，所选择的传感器体积要小，温度变化0.2℃时，显示应能分辨。所以，比较合适的是珠状热敏电阻和新型的集成温度传感器AD590。 2、热敏电阻的阻值随温度变化的特性曲线及线性化 半导体热敏电阻具有很高的负电阻温度系数，其灵敏度要比电阻式热敏电阻高得多，而且体积可以做的很小，其电阻随温度有如下的数学表达式 R t(T)=R20b（1/T-1/T20） (1) 式中，R t(T)是摄氏温度为t（热力学温度为T）时的电阻值，R20是温度为20℃ 时的电阻值，T为热力学温度，T20为t=20℃时的热力学温度，b为半导体材料物理特性有关的常量。
3、AD590集成温度传感器介绍 集成温度传感器AD590将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于-50℃-- +150℃之间温度测量，温敏晶体管是利用管子的集电极电流恒定时，晶体管的基极——发射极 电压与温度成线性关系。为克服温敏晶体管生产时V b的离散性，均采用了特殊的差分电路。集成温度传感器有电压型和电流型二种，电流输出型集成温度传感器，在一定温度下，它相当于一个恒流源。因此它具有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰.具有很好的线性特性。因此，接数字电压表，就便于进行温度的测量和显示。 实验内容及步骤： 一、用热敏电阻设计测温电路 电路原理图: 由（1）式可知，半导体热敏电阻的电阻值随温度的变化是非线性的。因为用热敏电阻做作传感器测温时，其电阻的变化应纯粹由环境温度的变化所引起， 故工作电流会很低，才不会对热敏电阻本身加热，一般I应小于10-5A。 对于如此小的量，用数字万用表的电流档测量的准确度就不高，这时采用放大电路，把电流的变化量转化为电压的变化量，此时，为便于读数和预测，就必须要求该电路是线性电路。即，通过线性化网络校正，使输出电压与环境温度的变化基本上呈线性关系。 对于给定的热敏电阻，测定出其电阻随温度变化的特征曲线，对应热敏电阻 的经验公式，确定R20及b。 由（1）式可知，R与（1/T）成正比关系。在电压一定时，流过电路的电流就与温度T成正比。故加在R1之间的电压U与温度T成正比。 这里，采用最小二乘法拟合一条线性直线，设拟合直线为 U=k*T +b (2)
ntc热敏电阻作用7个常见例子 负温度NTC热敏电阻利用其特性，在N多种场合、N多种产品中发挥重要的作用。随温度的增大、阻值变小；温度下降，阻值变大~ NTC热敏电阻在体温探头的作用 体温探头其温度精度达到±0.1℃。这对NTC热敏电阻的要求是:体积小,高精度,高可靠,良好的耐热循环能力. 档监护仪采用双道体温测量电路，用于重症病人监护方面.它要求一个体温探头能同时提供双道测量温度,以配合监护仪的双道测量电路. 传统的做法，是将两粒NTC热敏电阻并联起来，制作成一个体温探头。但因受其尺寸限制，这种做法不能适应其小型化要求。 一是测量精度更准确，因其两粒芯片所测温度可以作对比，可以更能准确的测量出实际温度。二是可靠性更强，在工作中，即使其中一粒芯片突然失效，另一粒芯片仍可继续工作。 NTC热敏电阻医用植入式传感器 植入式传感器应当体积小，重量轻，并且和身体兼容，同时还要求其功率非常小。更重要的是，它们不能随着时间的推移而衰变。由于这类传感器属于第Ⅲ类医疗器械，因此需要有食品及药物管理局（FDA）的批准才能使用。一般来讲，这类传感器价格非常昂贵，而且需要专家做外科手术进行移植。 NTC热敏电阻和体液相接触的外用传感器 有几类一次性传感器是附在体外使用的，但是它们却是和体液相接触的。比如一次性血压传感器（DSP），（见图5）。这类传感器用于外科手术和重症监护，以便持续地监控病人的血压情况。这是在给病人进行静脉输液（IV）的同时测量
其血压的最理想方式。这类传感器需要每24个小时更换一次，以保证传感器的清洁卫生。这类传感器被连到一个监控器上，以便记录下所有的信息。还有其它几类与药物或是体液相接触的传感器。 NTC热敏电阻 "临时性"插入传感器 这类传感器要求能够通过切口插入体内（典型的方式是通过导管插入）。和植入式传感器相比，这种传感器的危险性不高。这种传感器的应用也很敏感，同样需要食品及药物管理局的批准才能使用。根据外科手术的不同，这些传感器可能会发挥几分钟到几个小时的功效。在理想情况下，这些传感器不需要外部动力进行驱动，但是如果必要的话，也可以通过外部途径进行驱动。 NTC热敏电阻太阳能热水器水温水位传感器 传感器就是一种能够感受水温水位，并且将感受到的水温水位转变成变化的电信号的仪器。在太阳热水器的发展史上，水温水位传感器一直起着举足轻重的作用，热水器的智能化、人性化都与水温水位传感器密不可分，水温水位测控仪更是离不开水温水位传感器，水温水位传感器工作稳定是对整个热水器智能控制的保障。 NTC热敏电阻在电源电路中的作用 NTC电阻串联在交流电路中主要是起"电流保险"作用. 压敏电阻并联在交流侧 电路中主要是起"限制电压超高"作用. 采用NTC抑制开机浪涌的电源设备,不能够频繁的开关机.需要等NTC冷却,恢复至其冷态阻值后,才能再次开机.要不,安装NTC的意义就没有了 NTC热敏电阻在医疗电子体温计中的应用 现在，很多大型医院都采用电子式体温计，这种温度传感器测量时间短、测量精度高、读数方便，并且还具有记忆功能，在临床上使用方面，性能突出。它通常由感温探头、信号处理单元、显示屏、电源四部分构成。感温探头是敏感部件，一般选用一个或几个高精度快速反应的热敏电阻，它直接关系到输出温度的准确性和响应速度；信号处理单元内部有加热和预测两种算法。
电子信息工程学院电子设计应用软件训练任务 【训练任务】： 1、熟练掌握PROTEUS软件的使用； 2、按照设计要求绘制电路原理图； 3、能够按要求对所设计的电路进行仿真； 【基本要求及说明】: 1、按照设计要求自行定义电路图纸尺寸； 2、设计任务如下： 基于热敏电阻的数字温度计 设计要求 使用热敏电阻类的温度传感器件利用其感温效应，将随被测温度变化的电压或电流用单片机采集下来，将被测温度在显示器上显示出来： ●测量温度范围?50℃～110℃。 ●精度误差小于0.5℃。 ●LED数码直读显示。 本题目使用铂热电阻PT100，其阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。厂家提供有PT100在各温度下电阻值值的分度表，在此可以近似取电阻变化率为 0.385Ω/℃。向PT100输入稳恒电流，再通过A/D转换后测PT100两端电压，即得到PT100的电阻值，进而算出当前的温度值。 采用2.55mA的电流源对PT100进行供电，然后用运算放大器LM324搭建的同相放大电路将其电压信号放大10倍后输入到AD0804中。利用电阻变化率0.385Ω/℃的特性，计算出当前温度值。 3、按照设计任务在Proteus 6 Professional中绘制电路原理图； 4、根据设计任务的要求编写程序，在Proteus下进行仿真，实现相应功能。【按照要求撰写总结报告】 成绩：＿＿＿＿＿
一、任务说明 使用热敏电阻类的温度传感器件利用其感温效应，将随被测温度变化的电压或电流用单片机采集下来，将被测温度在显示器上显示出来： ●测量温度范围?50℃～110℃。 ●精度误差小于0.5℃。 ●LED数码直读显示。 本题目使用铂热电阻PT100，其阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。厂家提供有PT100在各温度下电阻值值的分度表，在此可以近似取电阻变化率为 0.385Ω/℃。向PT100输入稳恒电流，再通过A/D转换后测PT100两端电压，即得到PT100的电阻值，进而算出当前的温度值。 采用2.55mA的电流源对PT100进行供电，然后用运算放大器LM324搭建的同相放大电路将其电压信号放大10倍后输入到AD0804中。利用电阻变化率0.385Ω/℃的特性，计算出当前温度值。 二、元器件简介 1、AT89C51简介 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS，8位微处理器，俗称单片机。AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。其引脚图如图一所示。 图一 AT89C51引脚图
抑制浪涌电流用NTC热敏电阻器 产品概述 在有电容器，加热器和马达的电子电路中，在电流接通的瞬间，必将产生一个很大的电流，这种浪涌电流作用的时间虽短，但其峰值却很大。在转换电源，开关电源，UPS电源中，这种浪涌电流甚至超过工作电流的100倍以上。因此，必须有效的抑制这种浪涌电流。当电流直接加在功率型NTC热敏电阻器上时，其电阻值就会随着电阻体发热而迅速下降。由于功率型NTC热敏电阻器有一个规定的零功率电阻值，当其串联在电源回路中时，就可以有效地抑制开机浪涌电流，并且在完成抑制浪涌电流作用以后，由于通过其电流的持续作用，功率型NTC热敏电阻器的电阻值将下降到非常小的程度，它消耗的功率可以忽略不计，不会对正常的工作电流造成影响。所以，在电源回路中使用功率型NTC热敏电阻器，是抑制开机时的浪涌电流，以保护电子设备免遭破坏的最为简便而有效的措施。 主要参数 额定零功率电阻R25（Ω） 最大稳态电流I（A） 最大电流时近似电阻值R（Ω） 时间常数（S） 耗散系数（mW/℃ ） 工作温度范围: -55 ~ +200℃ 抑制浪涌电流用NTC热敏电阻器应用前后对比 负荷--温度特性曲线
应用实例：
温度测量、控制用NTC热敏电阻器 产品概述 NTC热敏电阻器给许多温度测量与控制设备提供实用的，低成本的解决方案，适用于-55 ℃到+300 ℃的温度范围内。 MF58型玻壳精密型 MF58型热敏电阻器采用陶瓷工艺与半导体工艺相结合的工艺技术制作而成，为两端轴向引出线玻璃封装结构。 MF52 E型珠状精密型 MF52 E型热敏电阻器是采用新材料、新工艺生产的小体积的环氧树脂包封型NTC热敏电阻器，具有高精度和快速反应等优点。 主要参数额定零功率电阻值R25 (Ω) R25允许偏差（%） B值(25/50 ℃)/（K） B值允许偏差（%） 耗散系数≥2.0mW/ ℃ 热时间常数≤7S 额定功率≤50mW 工作温度范围: -55 ~+300 ℃ 应用原理及实例 温度测量（惠斯登电桥电路） 温度控制
热敏电阻在日常生活中的应用 20093615559杨娜热敏电阻按照温度系数的不同分为: 正温度系数热敏电阻(简称PTC热敏电阻) 负温度系数热敏电阻(简称NTC热敏电阻) 主要应用范围包括 电磁炉、电压力锅、电饭煲、电烤箱、消毒柜、饮水机、微波炉、电取暖机、工业、医疗、环保、气象、食品加工设备等家用电器的温度控制及温度检测以及办公自动化设备（如复印机、打印机）、仪表线圈、集成电路、石英晶体振荡器和热电偶的等温度检测及温度补偿； 1.过液面控制 将两只负温度系数热敏电阻置于容器高、低液面安全位置，并施加定值加热电流。处于底部浸没于液体中的热敏电阻表面温度与周界温度相同，而处于高处暴露于空气中的热敏电阻表面温度则高于周界温度。若液面淹没高处电阻，使其表面溢度下降阻值增高，判断电路可利用阻值变化而及时通知报警装置，动作电路切断进液管路，起到过液面保护作用。若液面下降到低位，底部热敏电阻逐渐暴露于空气中，此时表面温度升高阻值下降，判断电路可利用阻值变化而及时通知动作电路打开进液管路供液。 2.温度测量 作为测量温度的热敏电阻一般结构简单，价格低廉。由于本身阻值较大，所以可忽略连接处的接触电阻，并可应用在数千米之外的远距离遥测过程。 3.温度补偿 利用负温度特性，可在某些电子装置中起到补偿作用。当过载而使电流和温度增加时，热敏电阻阻值加大反向下拉电流，起到补偿、保护等作用。此时应注意热敏电阻需串接在电子线路中。 4.温度拉制 在机电保护与控制中，常将临界点热敏电阻串接在继电器控制回路中，当某一设备遇突发性故障发生过载时，引起温度增高。若达到临界点阻值突然下降，继电器电流超过动作电流额定值而动作，起到切断、保护作用。 5.温度保护 热敏电阻在一些设备的功能管理中起着非常关键的作用，如无线话机、笔记本计算
题目名称：基于NTC热敏电阻的温度测量与控 制系统设计 摘要：本系统由TL431精密基准电压，NTC热敏电阻(MF-55)的温度采集，A/D和D/A转换，单片机STC89C51为核心的最小控制系统，LCD1602的显示电路等构成。温度值的线性转换通过软件的插值方法实现。该系统能够测量范围为0~100℃，测量精度±1℃,并且能够记录24小时内每间隔30分钟温度值，并能够回调选定时刻的温度值，能计算并实时显示24小时内的平均温度、温度最大值、最小值、最大温差，且有越限报警功能。由于采用两个水泥电阻作为控温元件，更有效的增加了温度控制功能。 关键词： NTC TL431 温度线性转换 Abstract: The system is composed of TL431 as precise voltage,the temperature acauisition circuit with NTC thermistors (MF-55), the transform circuit of A/D and D/A, the core of the minimum control system with STC89C51, 1the display circuit usingLCD1602, etc. Get the temperature of the linear transformation by the software method. The range of the measure system is 0 ~ 100 ℃, measurement accuracy + 1 ℃.It can record 24 hours of each interval temperature by per 30 minutes selected of temperature.The time can be calculated and real-time display within 24 hours of the average temperature, maximum temperature and minimum temperature, maximum value, and each temperature sensor has more all the way limit alarm function. Due to the two cement resistance as temperature control components, the more effective increase the temperature control function. Keyword: NTC TL431 temperature linear conversion
热敏电阻及其原理应用 热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻热敏电阻器(NTC)在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。 1简介 热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件.热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，热敏电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。热敏电阻体积非常小，对温度变化的响应也快。但热敏电阻需要使用电流源，小尺寸也使它对自热误差极为敏感。[1] 利用的原理是温度引起电阻变化.若电子和空穴的浓度分别为n、p，迁移率分别为μn、μp，则半导体的电导为： 因为n、p、μn、μp都是依赖温度T的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻-温度特性曲线.这就是半导体热敏电阻的工作原理. 热敏电阻包括正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)热敏电阻，以及临界温度热敏电阻(CTR)。 2特点 ①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化; ②工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃(目前最高可达到2000℃)，低温器件适用于-273℃～55℃; ③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度;④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择; ⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产; ⑥稳定性好、过载能力强。 3工作原理 热敏电阻将长期处于不动作状态;当环境温度和电流处于c区时，热敏电阻的散热功率与发热功率接近，因而可能动作也可能不动作。热敏电阻在环境温度相同时，动作时间随着电流的增加而急剧缩短;热敏电阻在环境温度相对较高时具有更短的动作时间和较小的维持电流及动作电流。
基于热敏电阻的数字温度计专业班级：机械1108 组内成员：罗良李登宇李海先 指导老师：张华 日期： 2014年6月12日
1概述 随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入，温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍，最重要的工艺参数之一。随着工业的不断发展，对温度的测量的要求也越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高，因此，温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。 目前温度计种类繁多，应用范围也比较广泛，大致可以包括以下几种方法： 1)利用物体热胀冷缩原理制成的温度计 2)利用热电效应技术制成的温度检测元件 3)利用热阻效应技术制成的温度计 4)利用热辐射原理制成的高温计 5)利用声学原理进行温度测量 本系统的温度测量采用的就是热阻效应。温度测量模块主要为温度测量电桥，当温度发生变化时，电桥失去平衡，从而在电桥输出端有电压输出，但该电压很小。将输出的微弱电压信号放大，将放大后的信号输入AD转换芯片，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。 2设计方案 2.1设计目的 利用51单片机及热敏电阻设计一个温度采集系统，通过学过的单片机和数字电路及面向对象编程等课程的知识设计。要求的功能是能通过串口将采集的数据在显示窗口显示，采集的温度达一定的精度 2.2设计要求 使用热敏电阻类的温度传感器件利用其温感效应，将随被测温度变化的电压或电流用单片机采集下来，将被测温度在显示器上显示出来。
3系统的设计及实现 3.1系统模块 3.1.1 AT89C51 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH 进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下
NTC热敏电阻器在高精度温度测量中的应用 于丽丽1,王剑华2,殳伟群2 (1.同济大学电子信息学院,上海200092;2.同济大学中德学院,上海200092) 摘 要:介绍了用NT C热敏电阻器进行高精度温度测量的几点考虑。分析了影响测量精度的各种因素,并提出了一些解决方法,主要的措施有:直流恒流源微安级电流;四线制测量电路;高分辨力(24位)ADC;数字滤波;仪器自校准等。实际测量表明:使用恰当的热敏电阻器在较窄的范围内(0～60℃)测量精度可达±0.001℃。 关键词:热敏电阻器;高精度温度测量;校准 中图分类号:TP223 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2004)12-0075-03 Application of NTC thermistor in high accurate temperature measurement Y U Li2li1,W ANGJian2hua2,SH U Wei2qun2 (1.Dept of E lct I nfo,Tongji U niversity,Sh angh ai200092,China; 2.Dept of China2G erm any,Tongji U niversity,Sh angh ai200092,China) Abstract:A few res olvents of the problems in high accurate tem perature measurement using NT C thermistors are intro2 duced.The various factors affected measurement accuracy are analyzed,and a few res olvents are advanced.S ome mea2 sures are used:constant current s ource offering microam pere current,4wire tem perature measuring circuit,ADC with ex2 cellent res olution,digital filter,instrument recalibration itself,etc.I t is indicated that high accuracy of0.001℃in a nar2 row range of tem perature(0～60℃)can be achieved by using fit thermistors. K ey w ords:thermistor;high2accurate tem perature measurement;calibration 0 引 言 NT C热敏电阻器除具有体积小、响应快、耐振动等优点外,还有阻值高、温度特性曲线的斜率大等特点。由于阻值高,往往可以忽略引线电阻的影响,即允许采用二线制接法。由于阻值随温度变化大,相应输出较大,对二次仪表的要求相对较低。缺点是量程窄、互换性差。 针对本文涉及研制项目温度测量量程窄、测量精度要求高(22℃±0.01℃)等特点,选用了经反复老化、长期稳定性指标优于0.002℃/a的热敏电阻器。尽管其阻值很高,仍然采用四线制的接法,以消除很小一点的引线电阻影响。对单支传感器进行了量程范围内多个温度点的严格标定。将其与采用特殊结构的61 2 电阻测量仪表相配合,最后,得到了期待的精度[1]。 1 高精度温度测量系统的研究 1.1 数学模型 热敏电阻与温度的关系是严重非线性。为了对这种非线性进行尽可能准确的描述,采用了如下的S teinhart2Hart 方程 收稿日期:2004-06-27 R=exp(A+ B T +C T2 +D T3 ),(1)式中 T为绝对温度值,K;R为热敏电阻器在温度为T时的电阻值,Ω。A,B,C,D则为4个特定的参数。一般需要采用多个温度点(至少4点)的标定获得热敏电阻器在已知温度点的阻值,然后,经过拟合获得模型的参数。这是一个从T和R出发推算A,B,C,D的过程,即校准或建模的过程。而测量时,则是在已知A,B,C,D的前提下,根据测出的R和数学模型推算出T的过程,这实际上是个内插的过程。 1.2 影响测量精度的因素 为了用热敏电阻器进行高精度的温度测量,必须研究各种影响因素,并采取相应的对策。在不考虑热敏电阻器的长期稳定性的前提下,尚有如下因素应当考虑: (1)热敏电阻器的标定:从第1.1节的表述可以看出:高精度的测量实际是一个高精度的内插问题。而要进行高精度的内插,需要事先进行高精度的建模。而高精度的建 57 2004年第23卷第12期 传感器技术(Journal of T ransducer T echnology)
一、温度监测 （一）了解热敏电阻测量和控制温度的工作原理； （二）测定温度—电流(电压)关系曲线。 二、材料 热敏电阻（NCT100K）（1个）；测量线路板（1块）；微安表（50）（1个）；坐标纸（1张）；水银导电计（1支）；直流电源（4—6V） (1个)；恒温自动控制器 (1套) ；导线 (若干)。 三、原理 （一）热敏电阻 测量温度一般使用的温度计，除了常用的水银或酒精制成的温度计外，还有用其他材料制成的温度计。如热电偶、光测高温计、定容气体温度计等。热敏电阻温度计也是一种常用的测温仪器，它是利用半导体制成感温元件，它的电阻称为热敏电阻。其阻值随温度升高而减小，具有负的温度系数。电阻变化的范围比一般具有正温度系数的金属电阻大。例如，当温度变化1℃时，热敏电阻的阻值变化范围可达3%—6%。而且阻值可以很大，体积可以很小，灵敏度高，热惯性小，价格又低，这些特点使它在生产与科研中有了广泛的应用。
T0-热敏电阻的温度特性可用下式近似表示：
从用途上分，NTC热敏电阻可以分为温度感知型NTC和功率型NTC RT指在规定温度 T 时，采用引起电阻值变化相对于总的测量误差来说可以忽略不计的测量功率测得的电阻值。 电阻值和温度变化的关系式为： RT = RN expB(1/T – 1/TN) RT ：在温度 T （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值。 RN ：在额定温度 TN （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值。 T ：规定温度（ K ）。 B ： NT C 热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。 exp：以自然数 e 为底的指数（ e = 2.71828 …）。 摄氏温度t(c)和绝对温度T(K)：T(K)=t(c)+273.15 RT=10000*exp3700*（1/T-1/298.15） 该关系式是经验公式，只在额定温度 TN 或额定电阻阻值 RN 的有限范围内才具有一定的精确度，因为材料常数B 本身也是温度 T 的函数。 第四节温度感知型NTC应用电路
目录 1 课程设计的目的 (1) 2 课程设计的任务和要求 (1) 3 设计方案与论证 (1) 4 电路设计 (2) 4.1 温度测量电路 (3) 4.2 单片机最小系统 (6) 4.3 LED数码显示电路 (8) 5 系统软件设计 (9) 6 系统调试 (9) 7 总结 (11) 参考文献 (13) 附录1：总体电路原理图 (14) 附录2：元器件清单 (15) 附录3：实物图 (16) 附录4：源程序 (17)
1 课程设计的目的 （1）掌握单片机原理及应用课程所学的理论知识； （2）了解使用单片机设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题； （3）学习单片机仿真、调试、测试、故障查找和排除的方法、技巧； （4）培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度； （5）锻炼自己的动手动脑能力，以提高理论联系实际的能力。 2 课程设计的任务和要求 （1）采用LED 数码管显示温度； （2）测量温度范围为-10℃~110℃； （3）测量精度误差小于0.5℃。 3 设计方案与论证 方案一：本方案主要是在温度检测部分利用了一款新型的温度检测芯片DS18B20，这个芯片大大简化了温度检测模块的设计，它无需A/D 转换，可直接将测得的温度值以二进制形式输出。该方案的原理框图如图3-1所示。 DS18B20是美国达拉斯半导体公司生产的新型温度检测器件，它是单片结构，无需外加A/D 即可输出数字量，通讯采用单线制，同时该通讯线还可兼作电源线，即具有寄生电源模式。它具有体积小、精度易保证、无需标定等特点，特别适合与单片机合用构成智能温度检测及控 制系统。 图3-1 方案一系统框图 单片机 最小系统 数码 显示 温度传感器 DS18B20
实验报告 项目名称：基于热敏电阻的温度检测装置 专业：电子信息工程技术 姓名： 学号： 指导老师： 职称：
目录 第1章前言-------------------------------------------------------4 1.1 设计背景-----------------------------------------------------4 1.2 设计的主要内容及技术指标-------------------------------------5 1.3 数据采集系统简单介绍-----------------------------------------5 第2章热敏电阻的温度检测装置的系统论证----------------------7 2.1 温度传感器的选择---------------------------------------------7 2.2 调理模块-----------------------------------------------------7 2.3温度核心模块-------------------------------------------------11 2.4 显示模块-----------------------------------------------------12 第3章热敏电阻的温度检测装置硬件系统设计--------------------14 3.1 温度采集模块硬件设计-----------------------------------------14 3.2 AD转换模块设计-----------------------------------------------15 3.3 MCU控制器模块设计--------------------------------------------16 3.3.1 核心部件的介绍------------------------------------------16 3.3.2 复位电路的设计------------------------------------------17 3.4 显示模块电路设计----------------------------------------------18 3.5电源模块的设计-------------------------------------------------19 第4章热敏电阻的温度检测装置软件系统设计---------------------20 4.1软件总体程序设计-----------------------------------------------20 4.2 功能模块设计---------------------------------------------------20 4.2.1 AD转换模块原理及程序------------------------------------21 4.2.2 热敏电阻阻值和温度的非线性对性模块原理及程序-------------23 4.2.3 温度显示模块程序-----------------------------------------26 第5章热敏电阻的温度检测装置系统调----------------------------29 第6章总结--------------------------------------------------------30 参考文献-------------------------------------------------------------31