壓敏電阻和熱敏電阻的應(yīng)用

戴 謙 九

(太原市熱力公司，山西 太原 030024)

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壓敏電阻和熱敏電阻的應(yīng)用

戴 謙 九

(太原市熱力公司，山西 太原 030024)

介紹了壓敏電阻和熱敏電阻的特性，闡述了熱敏電阻與壓敏電阻在電源保護(hù)器、溫度變送器、壓力變送器等方面的應(yīng)用，指出壓敏電阻具有較低的阻抗突變值，熱敏電阻對(duì)于溫度擁有非常的敏感性，兩者一起構(gòu)成了一個(gè)具有保護(hù)功能的電路。

壓敏電阻，熱敏電阻，溫度變送器，壓力變送器

0 引言

壓敏電阻屬于半導(dǎo)體元件，其阻值表現(xiàn)為和壓力呈現(xiàn)一定的非線性關(guān)系。未通過(guò)電壓之前，其表現(xiàn)出具有非常高的阻值。而如果通過(guò)電壓，則馬上將電壓限制在特定的值。壓敏電阻具有較低的阻抗突變值，熱敏電阻也屬于半導(dǎo)體元件，并且對(duì)于溫度擁有非常的敏感性。一般情況下，熱敏電阻會(huì)隨著溫度值的不斷增加，表現(xiàn)出電阻值不斷增加的特性。且當(dāng)溫度大于某一值時(shí)，其阻值會(huì)出現(xiàn)急劇的增加。把壓敏電阻與熱敏電阻一起應(yīng)用在電路中，通過(guò)壓敏電阻在電壓超出范圍后所形成的熱量，使得熱敏電阻可以快速的反應(yīng)。通過(guò)熱敏電阻的阻值改變，來(lái)改變電路中的電壓以及電流大小，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)壓敏電阻的目的。兩者一起構(gòu)成了一個(gè)具有保護(hù)功能的電路。

1 熱敏電阻在溫度變送器中的應(yīng)用

變送器是把物流測(cè)量的數(shù)據(jù)或者是一般的信號(hào)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)并且可以以通訊協(xié)議方式輸出的一種裝置。而溫度變送器則是將相應(yīng)的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電信號(hào)，并和相應(yīng)的二次儀表相連接而顯示出所得到的數(shù)據(jù)信息。在溫度變送器所連接的二次儀表中電能表是極為重要的設(shè)備，其為溫度變送器工作提供所需的能源，保障測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電能表經(jīng)常出現(xiàn)荷載不穩(wěn)定問(wèn)題，導(dǎo)致內(nèi)部電流過(guò)大，從而嚴(yán)重的影響到電能表的正常運(yùn)行。而將熱敏電阻以串聯(lián)的形式連入負(fù)載回路里，如果電路正常工作，那經(jīng)過(guò)熱敏電阻中的電流無(wú)法使熱敏電阻自身的溫度增加至居里溫度值，此時(shí)熱敏電阻的阻值很小。如果負(fù)載電路發(fā)生故障或者出現(xiàn)電壓過(guò)大情況，流經(jīng)熱敏電阻的電流會(huì)增加，而所產(chǎn)生的熱量也相應(yīng)增多，從而使熱敏電阻快速的進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，把負(fù)載電路斷開(kāi)。如果負(fù)載回路的故障被消除，熱敏電阻回到之前的低阻值狀態(tài)，使負(fù)載回路接通。這樣就確保了系統(tǒng)的工作電流得以有效控制，保障了裝置運(yùn)行的安全性。

在溫度變送器中，測(cè)溫組件是最為核心的，該結(jié)構(gòu)中同樣有熱敏電阻以及壓敏電阻的應(yīng)用。熱敏電阻用于變送器中測(cè)溫組件的電路圖如圖1所示。

其中,PT100代表的是熱敏電阻，R1代表的是引線電阻。在熱敏電阻接入電路時(shí)，采用的是三線制接入的方法。采用這種電路連接方法使熱敏電阻的阻值不會(huì)受到R1電阻的影響，從而避免了引線電阻給熱敏電阻的運(yùn)行帶來(lái)誤差。電阻R4是為了增加A處、B處以及C處的電位大小，從而使其可以達(dá)到A/D芯片要求的相應(yīng)輸入電壓值。電路中R3與R4阻值總和為3 kΩ，這樣保證流經(jīng)熱敏電阻電流可以處于0.4 mA左右的范圍，從而減少了熱敏電阻由于自身所發(fā)出的熱量對(duì)測(cè)溫工作帶來(lái)的影響。測(cè)溫組件整個(gè)電路的電壓輸入是相關(guān)跟隨器提供的，并且電壓跟隨器是由擁有掉電模式放大器所組合而成的，其作用是可以使溫度監(jiān)測(cè)工作停止時(shí)也停止向測(cè)溫組件提供電壓，這樣能夠有效的使系統(tǒng)的能耗量減少。并且，由于電壓的供應(yīng)是依靠電池來(lái)完成的，這樣也可以使電池的使用周期得以有效延長(zhǎng)。另外，擁有掉電模式能夠?qū)﹄娐分写嬖诘囊恍┱`差有效的補(bǔ)償，更加的提升測(cè)溫組件的精準(zhǔn)度。

2 壓敏電阻在壓力變送器中的應(yīng)用

通常我們所用到的壓力變送器包含測(cè)壓裝置、測(cè)量電流以及過(guò)程連接裝置等三個(gè)部分。壓力變送器是裝置所測(cè)量得到的氣體、液體等壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，并輸送至相應(yīng)的二次裝置，以完成對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控和調(diào)節(jié)。由于壓力傳感器是測(cè)量不同部位的實(shí)際壓力情況，其通常安裝于管道外部，并且熱力站中壓力變送器運(yùn)行的環(huán)境條件相對(duì)惡劣，通常避免不了會(huì)遭遇雷電感應(yīng)，也會(huì)經(jīng)常性的出現(xiàn)過(guò)電壓的問(wèn)題。例如，在相對(duì)空曠的平地中，熱力站壓力傳感器就容易被作為帶電云層泄電的一個(gè)通道，而因此遭遇雷擊問(wèn)題。在壓力傳感器中要是單純的采用阻值相對(duì)大的壓敏電阻元件，那將會(huì)由于殘壓降偏高而影響到后級(jí)電路的保護(hù)作用，要是單純使用阻值相對(duì)小的壓敏電阻元件，將導(dǎo)致壓敏電阻被較為頻繁的啟動(dòng)，可能會(huì)使壓敏電阻在較短時(shí)間內(nèi)被損壞而無(wú)法使用，維護(hù)工作相對(duì)困難，且運(yùn)行成本也較大。因此，按照熱敏電阻與壓敏電阻所具有的耦合作用，制成了復(fù)合型的熱敏電阻，以用于壓力傳感器的過(guò)壓保護(hù)中。其是將兩個(gè)熱敏電阻分別串聯(lián)至壓敏電阻兩側(cè)，而形成復(fù)合型熱敏電阻。這樣的組合形式使得復(fù)合型熱敏電阻的熱容量有所提升，同時(shí)也為過(guò)壓保護(hù)裝置在電路中并聯(lián)應(yīng)用提供了一定的技術(shù)支撐。

目前，應(yīng)用于壓力變送器中的壓力電阻大多數(shù)為壓力陶瓷電阻。壓力陶瓷電阻擁有非常好的電氣及機(jī)械性能，可以被應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域中當(dāng)作測(cè)量介質(zhì)。

其整個(gè)組件由壓敏芯片、信號(hào)數(shù)據(jù)處理元件和機(jī)械構(gòu)件組合而成。其中陶瓷芯片屬于彈性元件，通過(guò)厚膜技術(shù)將厚膜電阻燒結(jié)于相應(yīng)的陶瓷膜片之上，構(gòu)成所需的壓敏電阻元件。當(dāng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，外界的壓力會(huì)作用在壓敏電阻的膜片之上，導(dǎo)致陶瓷出現(xiàn)一定的位移，而陶瓷的位移又使電阻值產(chǎn)生一定的改變，并且位移的大小所引起阻值改變和外界的作用壓力呈現(xiàn)線性相關(guān)，從而使元件能夠測(cè)量出相應(yīng)的壓力信號(hào)。所得到的信號(hào)再經(jīng)過(guò)補(bǔ)償與放大，并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，這樣就能夠?qū)?biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入至儀表中，從而完成了對(duì)運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。陶瓷壓敏電阻應(yīng)用于壓力變送器中，其是通過(guò)高品質(zhì)的陶瓷元件生產(chǎn)而得，流程簡(jiǎn)便，可用于工業(yè)化生產(chǎn)，并且電路更加的集成化，使元件生產(chǎn)成本得以降低，能夠顯著地降低整個(gè)設(shè)備的成本投入。另外，陶瓷擁有非常優(yōu)良的抗腐蝕性能，用于供熱系統(tǒng)中可以抵抗多種腐蝕介質(zhì)的侵蝕。

3 結(jié)語(yǔ)

熱敏電阻和壓敏電阻均具有各自的特性。壓敏電阻的響應(yīng)周期非常短，并且抗雷擊的性能優(yōu)良。因此，壓敏電阻和熱敏電阻在變送器的應(yīng)用中通常將熱敏電阻安放在外線側(cè)，而將壓敏電阻安放在內(nèi)線一側(cè)。如果出現(xiàn)電路短路的情況后，壓敏電阻就會(huì)被通電而接地，從而使變送器的電位減小至零，使得變送器裝置被有效的保護(hù)。但是在壓敏電阻和熱敏電阻的實(shí)際應(yīng)用中還需要注意以下問(wèn)題：

1)電阻的阻值和溫度或者壓力呈現(xiàn)出了非常顯著的非線性關(guān)系；

2)電阻元件不具備較強(qiáng)的一致性，所以元件的互換性能相對(duì)也較差；

3)電阻元件容易受到環(huán)境的侵蝕而老化，不具備較強(qiáng)的環(huán)境穩(wěn)定性。

所以，我們?cè)趯?shí)際的使用過(guò)程中，一定要結(jié)合不同電阻元件的特性，科學(xué)選用適宜的電阻元件，以使變送器的性能可以得到更有效的發(fā)揮。

[1] 屈安山.熱敏電阻傳感器在電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016(7)：80-81.

[2] 李祥超，陳璞陽(yáng)，徐 樂(lè)，等.溫度保險(xiǎn)絲與ZnO壓敏電阻串聯(lián)使用中的性能分析[J].電瓷避雷器，2016(2)：94-99.

[3] 孫丹峰，季幼章.壓敏電阻與熱敏電阻組成保安單元[J].電源世界，2014(5)：11-12.

On application of piezoresistor and thermistor

Dai Qianjiu

(Taiyuan Thermal Company, Taiyuan 030024, China)

The paper introduces the features of the piezoresistor and thermistor, illustrates their application in the power protector, temperature transmitter, pressure transmitter, and points out the piezoresistor has lower resistance mutation value while the thermistor is much sensitive to temperature, and the two can form the circuit to undertake the protection function.

piezoresistor, thermistor, temperature transmitter, pressure transmitter

1009-6825(2016)30-0124-02

2016-08-17

戴謙九(1983- )，男，工程師

TN371

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