原创 物联网系统中模拟温度传感器如何测温_热敏电阻篇

物联网系统中为什么要使用热敏电阻

物联网系统中使用热敏电阻的原因主要可以归纳为以下几点：

一、温度感知与监测

1.温度敏感性：热敏电阻的阻值会随着温度的变化而显著变化，这使得它成为理想的温度传感器。无论是正温度系数热敏电阻（PTC）还是负温度系数热敏电阻（NTC），都能精确地反映环境温度的变化。

2.实时监测：在物联网系统中，许多设备需要实时监测其工作环境或内部元件的温度，以确保设备的正常运行和延长使用寿命。热敏电阻能够实时感知并反馈温度信息，为系统提供及时的温度数据。

二、温度控制与保护

1.温度控制：当设备内部或外部温度超过预设的安全阈值时，热敏电阻的阻值变化可以触发温控系统启动，通过调整散热风扇速度、降低功率输出或切断部分非必要功能等方式，有效控制设备温度，防止设备过热损坏。

2.过载保护：在电流过大的情况下，热敏电阻的阻值会迅速增加，从而限制电流通过，起到过载保护的作用。这有助于防止设备因电流过大而损坏或引发火灾等安全事故。

例如在手机充电器的应用场景中：

手机充电器接通电源后，220V交流电经过全桥整流后，输出给手机电路，但电容在通电瞬间等效电阻很小，电路中的电流过大，容易产生浪涌电流。浪涌电流的产生给电子设备带来很大的影响，轻则导致电子设备工作性能下降，使用时间缩短，重则电子设备容易发生故障受损。

为了抑制电子电路中在开机瞬间产生的浪涌电流，减小浪涌电流对电子设备的危害，通常在电源电路中串接NTC热敏电阻。

三、智能调节与能效优化

1.智能调节：在无线通信基站等应用场景中，热敏电阻能够精确反馈环境温度和负载情况给基站管理系统，系统根据这些信息自动调整发射功率和接收灵敏度，既保证了通信质量又减少了不必要的能耗。这种智能化的温度管理策略有助于推动绿色通信、降低运营成本。如：家用电器：如空调、冰箱、洗衣机等家用电器中，热敏电阻用于温度监测和控制，实现自动调节温度的功能，提高能效和用户体验。

2.能效优化：通过实时监测设备温度并调整其工作状态以维持最佳运行温度范围，热敏电阻有助于提高设备的能效比和运行效率。

四、故障诊断与维护

1.故障诊断：在物联网系统中，通过监测特定位置的热敏电阻阻值变化可以快速定位设备内部的热点区域或判断是否存在过热风险。这有助于技术人员及时发现并处理潜在的故障问题避免故障扩大化。

2.非侵入式监测：热敏电阻的监测方式属于非侵入式监测不会对设备造成额外的损伤或影响设备的正常运行。这种监测方式既提高了故障诊断的准确性和效率又减少了因拆卸检查可能带来的二次损伤风险。

五、其他具体应用

1.温度测量与控制

• 工业领域：在冶金、化工、食品加工等行业中，热敏电阻被广泛用于温度控制系统，确保设备和过程在合适的温度范围内运行。例如，它可以用于油炉、烘箱等设备的温度控制，确保生产过程的安全和效率。
• 医疗设备：热敏电阻在医疗设备中也有重要应用，如体温计、血压计等。通过测量体温、血压等指标，热敏电阻可以帮助医护人员对患者进行及时准确的监测和诊断。
• 汽车电子：在汽车工业中，热敏电阻被用于测量发动机温度、传感器温度等关键参数，以确保汽车引擎的正常运行和安全性。此外，它还可以用于座椅加热、空调系统控制等方面，提升驾乘体验。

2.环境监测

• 热敏电阻可以用于室内外温度、湿度、空气质量等参数的监测，为环境监测系统提供准确的数据。这些数据对于建筑物自动化管理、气象预测、能源管理等方面都非常重要。
• 在农业领域，热敏电阻可用于温室控制、养殖控制等，帮助农民更好地管理农作物和畜禽的生长环境。

3.温度补偿与校准

• 在精密仪器仪表、自动化控制系统中，由于环境温度的变化会对测量结果产生影响，因此需要通过温度补偿来消除这种影响。热敏电阻作为一种常用的温度补偿元件，可以有效地提高电子设备的测量精度和稳定性。
• 安全监控：在安防监控、自动化门禁系统等方面，热敏电阻可以用于检测人体的温度和移动情况，从而实现安全监控和智能化控制。
• 液位和风速测量：在热水壶、咖啡壶等家用电器中，通过热敏电阻的液位测量技术可以实现缺水报警功能。在测量风速方面，热敏电阻可以作为风速传感器的敏感元件，实现风速的精确测量和控制。

综上所述，物联网系统中使用热敏电阻的原因主要包括温度感知与监测、温度控制与保护、智能调节与能效优化以及故障诊断与维护等方面。这些功能使得热敏电阻在物联网系统中发挥着不可替代的作用。

本文会再为大家详解温度传感器家族中的一员——热敏电阻

热敏电阻的定义

热敏电阻（Thermistor）是一种传感器电阻，其电阻值随着温度的变化而变化。具体来说，热敏电阻的电阻值通常是负温度系数（NTC, Negative Temperature Coefficient）的，即随着温度的升高，其电阻值会减小；也有少数热敏电阻是正温度系数（PTC, Positive Temperature Coefficient）的，即随着温度的升高，电阻值增大，但通常我们所说的热敏电阻多指NTC型。

热敏电阻的原理

1.温度系数与电阻变化

• 负温度系数（NTC）热敏电阻：当温度升高时，NTC热敏电阻的电阻值会减小。这是因为随着温度的升高，半导体材料中的载流子（如电子）数量增加，载流子迁移率也增大，从而使得电阻率降低，电阻值减小。
• 正温度系数（PTC）热敏电阻：虽然较少见，但PTC热敏电阻在温度升高时电阻值会增大。这通常是由于材料内部特定的物理效应（如相变、晶体结构变化等）导致的。

2.电阻-温度特性曲线

热敏电阻的电阻值与温度之间存在特定的关系，这种关系可以通过电阻-温度特性曲线来表示。对于NTC热敏电阻，该曲线通常表现为一条向下倾斜的直线或曲线，表明电阻值随温度的升高而减小。而对于PTC热敏电阻，则表现为电阻值随温度的升高而增大的曲线。

3.应用原理

• 温度测量：由于热敏电阻的电阻值随温度变化而变化，因此可以通过测量其电阻值来推算出温度。这是热敏电阻在温度测量领域的基本应用原理。
• 温度补偿与控制：利用热敏电阻的温度特性，还可以实现电路的温度补偿和温度控制。例如，在电子设备中，通过热敏电阻感知环境温度的变化，并调整电路的工作状态以补偿温度变化对电路性能的影响。

4.工作原理的扩展

• 电导与温度的关系：半导体的电导（σ）是电子和空穴浓度（n、p）以及迁移率（μn、μp）的函数，而这些参数都是温度T的函数。因此，半导体的电导是温度的函数，可以通过测量电导来推算温度。
• 电流-电压与时间特性：当热敏电阻通入电流时，会产生焦耳热并导致元件本身温度升高。这种温度变化会影响电阻值，并进一步影响电流和电压。此外，热敏电阻从某一电阻值改变到另一电阻值所需的时间也与其工作环境和自身特性有关。这些特性使得热敏电阻在电流-电压控制和时间延时电路等方面也有广泛的应用。

5.计算方法：

NTC 热敏电阻温度计算公式：Rt = R EXP(B(1/T1-1/T2))其中，T1和T2指的是K度，即开尔文温度。

• Rt 是热敏电阻在T1温度下的阻值。
• R是热敏电阻在T2常温下的标称阻值。100K的热敏电阻25℃的值为100K（即R=100K）。T2=(273.15+25)
• EXP是e的n次方
• B值是热敏电阻的重要参数

B值：材料常数，是用来表示NTC在工作温度范围内阻值随温度变化幅度的参数，与材料的成分和烧结工艺有关。另外NTC的B值会受温度变化的影响，因此通常我们会选取曲线上两个温度点来计算。

表示B值时要把选取的温度点标明，如B25/85。

B值越大表明阻值随温度的升高降低得越快，B值越小则相反。如下图：

除非特别指出，B值是由T1=25℃（298.15K）和T2=50℃（323.15K）的零功率电阻值计算而得到的。根据公式，若已知B值的情况下，可以得出目标温度对应的阻值。

通过转换可以得到温度T1与电阻Rt的关系T1=1/（ln（Rt/R）/B+1/T2）

对应的摄氏温度t=T1-273.15，同时+0.5的误差矫正。

热敏电阻的分类

1.按温度系数分类

1.1、负温度系数热敏电阻（NTC, Negative Temperature Coefficient）

• 特点：当环境温度升高时，其电阻值迅速减小。
• 应用：广泛应用于高精度温度检测过程，如可充电电池及功率三极管的过热保护、数字体温计等。

1.2、正温度系数热敏电阻（PTC, Positive Temperature Coefficient）

• 特点：在某一温度下电阻急剧增加，具有正温度系数。
• 应用：常被用作恒定温度传感器，也用于延时启动、恒温加热、过流保护等电路单元中。

1.3、临界温度热敏电阻（CTR, CritiCal Temperature Resistor）

• 特点：具有负电阻突变特性，在某一温度下，电阻值随温度的增加急剧减小，具有很大的负温度系数。
• 应用：在特定温度控制领域有重要应用。

2.按制作材料分类

2.1、陶瓷热敏电阻

• 特点：温度系数大、灵敏度高、稳定性好、可靠性高。
• 分类：普通陶瓷热敏电阻、高精度陶瓷热敏电阻、快速响应陶瓷热敏电阻。
• 应用：广泛应用于家用电器、汽车、工业设备等领域的温度监测和控制。

2.2、碳膜热敏电阻

• 特点：温度系数适中、成本较低、体积小、易于集成。
• 分类：普通碳膜热敏电阻、高精度碳膜热敏电阻、快速响应碳膜热敏电阻。
• 应用：广泛应用于家用电器、电子设备等领域的温度监测和控制。

2.3、聚合物热敏电阻

• 特点：温度系数正、灵敏度高、稳定性好、可靠性高。
• 分类：普通聚合物热敏电阻、高精度聚合物热敏电阻、快速响应聚合物热敏电阻。
• 应用：同样广泛应用于家用电器、汽车、工业设备等领域的温度监测和控制。

2.4、金属氧化物热敏电阻

• 特点：温度系数正、灵敏度高、稳定性好、可靠性高。
• 分类：普通金属氧化物热敏电阻、高精度金属氧化物热敏电阻、快速响应金属氧化物热敏电阻。
• 应用：与聚合物热敏电阻类似，也广泛应用于各种温度监测和控制领域。

2.5、其他材料热敏电阻

• 包括玻璃态热敏电阻、塑料热敏电阻、金刚石热敏电阻、半导体单晶热敏电阻等，它们各自具有独特的特性和应用场景。

3.按结构及形状分类

热敏电阻还可以根据其结构和形状进行分类，如圆片状热敏电阻、圆柱状热敏电阻、圆圈形热敏电阻等。这些分类方式主要依据热敏电阻的外观形态进行划分，便于在实际应用中根据需要进行选择和安装。

4.按灵敏度及响应速度分类

4.1、高灵敏度型热敏电阻

• 特点：对温度变化敏感，电阻值随温度变化的幅度大。
• 应用：适用于需要精确测量温度变化的场合。

4.2、低灵敏度型热敏电阻

• 特点：对温度变化相对不敏感，电阻值随温度变化的幅度小。
• 应用：适用于温度变化范围不大或对测量精度要求不高的场合。

4.3、快速响应热敏电阻

• 特点：响应速度快，能够迅速反映温度的变化。
• 应用：适用于需要快速响应温度变化的场合，如快速加热、冷却系统等。

5.按受热方式分类

直热式热敏电阻器、旁热式热敏电阻器。

热敏电阻与热电偶，热电阻区别

热敏电阻的优缺点

优点：

• 灵敏度高。其灵敏度比热电阻要大1—2个数量级。由于灵敏度高，可大大降低后面调理电路的要求。
• 热敏电阻器的标称电阻在几欧到十几兆欧之间，且型号和规格多样，因而不仅能很好地与各种电路匹配，而且远距离测量时几乎无须考虑连线电阻的影响。
• 体积小（最小珠状热敏电阻直径仅0.1~0.2mm），可用来测量“点温”。
• 热惯性小，响应速度快，适用于快速变化的测量场合。
• 结构简单、坚固，能承受较大的冲击、振动。采用玻璃、陶瓷等材料密封包装后，可应用于有腐蚀性气体等的恶劣环境。
• 制作热敏电阻的原料资源丰富，制作简单，可方便地制成各种形状（图2-4），易于大批量生产，成本和价格十分低廉。

缺点：

• 阻值与温度的关系非线性严重；而且元件的一致性差，互换性差；
• 一旦出现损坏是难以找到可互换的产品。
• 热敏电阻的元件易老化，稳定性也是比较差的。
• 除特殊高温热敏电阻外，绝大多数热敏电阻仅适合0~150℃范围。

热敏电阻的使用注意事项

1、环境及温度条件

1.1、工作温度范围：

• 确保热敏电阻在其规定的工作温度范围内使用。不同规格的热敏电阻有不同的工作温度范围，如φ5、φ7、φ9、φ11系列的工作温度通常为-40℃至+150℃，而φ13、φ15、φ20系列的工作温度则可达-40℃至+200℃。
• 避免在高温高湿环境下直接暴露使用，如需使用，应采用护套型热敏电阻，并确保保护套开口部分不会直接接触到水及蒸汽。

1.2、温度变化速度：

• 尽管热敏电阻可以承受一定温度的热冲击，但为了减少热敏半导体的老化，应尽可能避免急速的温度变化。

2、电气条件

2.1、电压与电流：

• 加在热敏电阻上的电压不可太高，避免产生过大的电流，从而导致自热效应和测量误差。一般应使用微弱电流驱动，且流过的电流要足够小，以免产生自热影响检测精度。
• 不可将热敏电阻器与另外一些组件串连来获得更高的电压或功率，因为自热现象会使两端电压过高，导致热敏电阻器击穿。

2.2、额定功率：

• 使用时不得超过热敏电阻的额定功率。各规格的最大额定功率不同，如φ5为0.7W，φ7为1.2W等。

3、安装与保护

3.1、安装位置：

• 远离发热电子元器件，避免功率型NTC热敏电阻周围安装易发热的电子元器件。建议使用弯脚上部引线较高的产品，使NTC热敏电阻在线路板上高出其它元件，以免发热影响其它元件正常工作。
• 插入保护管中使用时，为防止热泄漏温度误差，在用金属保护管时要插入管径的25倍以上深度，在用非金属保护管时要插入15倍以上深度。

3.2、导线保护：

• 不要过度拉伸及弯曲导线，避免施加过度的振动、冲击及压力。

3.3、防潮与绝缘：

• 直插热敏电阻引线间、绝缘体表面上如果附有结露而产生的水滴、灰尘或离子化合物时，会使视在阻值下降或不稳定而产生测量误差。因此，要进行防潮、绝缘处理从而保持其干燥。

4、使用与测试

4.1、测试条件：

• 使用万用表测量热敏电阻的阻值时，应在环境温度接近25℃时进行，以保证测试的可信度。
• 注意不要使热源与热敏电阻靠得过近或直接接触，以防止将其烫坏。

4.2、自热效应：

• 考虑到流过热敏电阻的电流会引起组件自身发热而产生温差，在选用前要考虑到这一因素。

4.3、接线方式：

• 因使用电路的绝缘不良和静电感应、错误接线会使流过热敏半导体的电流过大而损坏热敏电阻，必须注意接线方式不要有过电流流过热敏电阻。

5、选型与应用

5.1、选型：

• 根据应用电路的需要来选择合适的类型及型号，且注意NTC热敏电阻器的温度控制范围是否符合应用电路的要求。
• 用于要求精度高或不希望热敏半导体的阻值有老化的系统时，要用经过高温试验等鉴定过的高可靠性的热敏半导体。

5.2、应用：

• 热敏电阻可用于温度检测、温度补偿、温度控制、微波功率测量及稳压控制等多个领域。在使用时，应确保其应用符合设计要求，并避免在有害气体、液体环境中使用。

6、硬件连接

单片机是3.3V供电，热敏电阻与100K电阻连接。

热敏电阻参数为100K，B值为3950

热敏电阻的选型参数

1、阻值参数

• 标称阻值Rc：一般指环境温度为25℃时热敏电阻器的实际电阻值。这是热敏电阻的关键参数之一，常见阻值范围从1KΩ至几百KΩ。
• 实际阻值RT：在一定温度条件下所测得的电阻值。这个值会随着环境温度的变化而变化。

2、温度特性参数

• 材料常数（B值或β值）：描述热敏电阻材料物理特性的参数，也是热灵敏度指标。B值越大，表示热敏电阻器的灵敏度越高。但应注意，在实际工作时，B值并非一个常数，而是随温度的升高略有增加。
• 电阻温度系数αT：表示温度变化1℃时的阻值变化率，单位为%/℃。这是热敏电阻设计运行的重要参数，直接影响到其温度测量的准确性和稳定性。

3、性能参数

• 时间常数τ：描述热敏电阻器热惯性的参数。在无功耗的状态下，当环境温度由一个特定温度向另一个特定温度突然改变时，热敏电阻体的温度变化了两个特定温度之差的63.2%所需的时间。τ越小，表明热敏电阻器的热惯性越小，即响应时间越快，性能越好。
• 额定功率PM：在规定的技术条件下，热敏电阻器长期连续负载所允许的耗散功率。在实际使用时不得超过额定功率。若热敏电阻器工作的环境温度超过25℃，则必须相应降低其负载。

4、其他重要参数

• 额定工作电流IM：热敏电阻器在工作状态下规定的名义电流值。
• 测量功率Pc：在规定的环境温度下，热敏电阻体受测试电流加热而引起的阻值变化不超过0.1%时所消耗的电功率。
• 最大电压：对于NTC热敏电阻器，是指在规定的环境温度下，不使热敏电阻器引起热失控所允许连续施加的最大直流电压；对于PTC热敏电阻器，则是指在规定的环境温度和静止空气中，允许连续施加到热敏电阻器上并保证其正常工作在PTC特性部分的最大直流电压。
• 最高工作温度Tmax：在规定的技术条件下，热敏电阻器长期连续工作所允许的最高温度。
• 开关温度tb（针对PTC热敏电阻器）：电阻值开始发生跃增时的温度。

选型建议

1、确定需求：首先明确热敏电阻在电路中的具体作用，如温度测量、温度补偿、过流保护等，以及所需的测量范围、精度和响应时间等。

2、选择类型：根据需求选择合适的热敏电阻类型，如NTC或PTC。

3、参考参数：根据以上选型参数，结合具体的应用场景和环境条件，选择符合要求的热敏电阻。

4、考虑成本：在保证性能满足要求的前提下，考虑成本因素，选择性价比较高的产品。

热敏电阻的厂商

国际知名厂商

TE Connectivity（泰科电子）

• 全球领先的连接器和传感器制造商，也生产热敏电阻等电子元器件。

TDK Corporation（东京电气化学工业株式会社）

• 综合性电子材料制造商，产品涵盖热敏电阻等电子元件。

Vishay（威世科技）

• 全球最大的分立半导体和无源电子元件制造商之一，提供包括热敏电阻在内的多种电子元器件。

Amphenol Corporation（安费诺）

• 全球领先的电子和光纤连接器制造商，也涉足热敏电阻等传感器领域。

Mitsubishi Materials Corporation（三菱材料）

• 综合性材料制造商，其电子材料部门生产包括热敏电阻在内的多种电子元器件。

Murata（村田制作所）

• 日本知名的电子元器件制造商，产品涵盖热敏电阻等。

Panasonic（松下电器）

• 松下集团旗下的电子元器件部门，提供包括热敏电阻在内的多种电子产品。

Littelfuse

• 专注于电路保护产品的制造商，也生产热敏电阻等传感器产品。

Honeywell（霍尼韦尔）

• 多元化技术和制造业巨头，其传感器与控制部门生产热敏电阻等传感器产品。

Sensata Technologies

• 专注于传感器和控制器技术的公司，产品包括热敏电阻等温度传感器。

国内知名厂商

风华高科（FH）

• 广东风华高新科技股份有限公司，国内领先的新型电子元器件制造商，产品包括热敏电阻等。

国巨电子（YAGEO）

• 全球知名的被动组件服务供货商，产品涵盖热敏电阻等电子元器件。

厚声电子（UNI-ROYAL）

• 昆山厚声电子工业有限公司，全球晶片电阻与插件电阻行业的佼佼者，也生产热敏电阻等产品。

华新科技（PSA）

• 华新科技股份有限公司，全球被动元件知名品牌，产品线包括热敏电阻等。

大毅科技

• 全球较大的SMD厚膜芯片电阻制造供应商，也生产热敏电阻等电子元器件。

上海康睿

• 国内知名的热敏电阻生产商，产品广泛应用于各种温度测量和控制领域。

北京汉诺科技

• 专注于热敏电阻等传感器产品的研发和生产，产品性能稳定可靠。

深圳金溢仪器

• 深圳地区知名的电子元器件制造商，产品包括热敏电阻等

供应商A:广东鸿志电子

http://www.hongzhi.net/index.aspx

1、产品能力

（1）选型手册

[C332364_0266F3C8738D0DC1C749F64F93229EB9.pdf]

（2）主推型号1：5D-9

对应的产品详情介绍

基本参数

• 型号：5D-9
• R25 (Ω)：5Ω（表示在25℃时的标称电阻值）
• 最大稳态电流 (A)：根据产品规格，通常为几安培，但具体值可能因产品批次或型号略有不同。
• 残余电阻 (Ω)：约0.21Ω（参考值）
• 耗散系数 (mv/°C)：约11mV/°C（参考值）
• 热时间常数 (s)：约35秒（参考值）
• 最大允许使用容量值：可能包含不同的电压和电容值组合，如220V/820μF或150V/560μF，具体取决于产品规格。
• B值 (K)：表示热敏电阻的温度系数，对于5D-9系列，该值通常在2700K左右。
• 工作温度范围：通常为-40℃至+175℃（根据鸿志电子的产品规格）。

产品特点

• 高精度：具有高精度的温度检测和测量能力，能够提供准确的温度数据。
• 高可靠性：采用高品质的材料和先进的制造工艺，保证产品的高可靠性和稳定性。
• 高灵敏度：能够快速响应温度变化，适用于需要快速温度反馈的应用场景。
• 小巧轻便：产品结构紧凑、重量轻，便于安装和使用。

应用领域

5D-9热敏电阻广泛应用于各种需要温度测量和控制的领域，包括但不限于：

• 家用电器：如电冰箱、洗衣机、空调等，用于温度监测和控制。
• 工业自动化：在机床、自动化生产线、工业烘干机等设备中，用于温度调节和保护。
• 电子领域：在计算机、通讯设备、数码产品等电子设备中，用于温度补偿和稳定电路性能。

注意事项

• 在使用鸿志电子5D-9热敏电阻时，请确保产品质量符合标准，避免购买伪劣产品。
• 在安装前应认真检查产品是否完好，并按照产品说明书进行正确的安装。
• 安装过程中应注意阻值变化的影响，并根据需要进行校准。
• 核心料（哪些项目在用）

奇迹物联4G 共享支付遥控开关项目

2、支撑

（1）技术产品

• 技术资料

[C332364_0266F3C8738D0DC1C749F64F93229EB9.pdf]

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