压敏电阻和热敏电阻的应用

戴 谦 九

(太原市热力公司，山西 太原 030024)



压敏电阻和热敏电阻的应用

戴 谦 九

(太原市热力公司，山西 太原 030024)

介绍了压敏电阻和热敏电阻的特性，阐述了热敏电阻与压敏电阻在电源保护器、温度变送器、压力变送器等方面的应用，指出压敏电阻具有较低的阻抗突变值，热敏电阻对于温度拥有非常的敏感性，两者一起构成了一个具有保护功能的电路。

压敏电阻，热敏电阻，温度变送器，压力变送器

0 引言

压敏电阻属于半导体元件，其阻值表现为和压力呈现一定的非线性关系。未通过电压之前，其表现出具有非常高的阻值。而如果通过电压，则马上将电压限制在特定的值。压敏电阻具有较低的阻抗突变值，热敏电阻也属于半导体元件，并且对于温度拥有非常的敏感性。一般情况下，热敏电阻会随着温度值的不断增加，表现出电阻值不断增加的特性。且当温度大于某一值时，其阻值会出现急剧的增加。把压敏电阻与热敏电阻一起应用在电路中，通过压敏电阻在电压超出范围后所形成的热量，使得热敏电阻可以快速的反应。通过热敏电阻的阻值改变，来改变电路中的电压以及电流大小，从而实现保护压敏电阻的目的。两者一起构成了一个具有保护功能的电路。

1 热敏电阻在温度变送器中的应用

变送器是把物流测量的数据或者是一般的信号转化成标准的电信号并且可以以通讯协议方式输出的一种装置。而温度变送器则是将相应的温度信号转换成了电信号，并和相应的二次仪表相连接而显示出所得到的数据信息。在温度变送器所连接的二次仪表中电能表是极为重要的设备，其为温度变送器工作提供所需的能源，保障测量数据的精准性。在实际运行过程中，电能表经常出现荷载不稳定问题，导致内部电流过大，从而严重的影响到电能表的正常运行。而将热敏电阻以串联的形式连入负载回路里，如果电路正常工作，那经过热敏电阻中的电流无法使热敏电阻自身的温度增加至居里温度值，此时热敏电阻的阻值很小。如果负载电路发生故障或者出现电压过大情况，流经热敏电阻的电流会增加，而所产生的热量也相应增多，从而使热敏电阻快速的进入高阻抗状态，把负载电路断开。如果负载回路的故障被消除，热敏电阻回到之前的低阻值状态，使负载回路接通。这样就确保了系统的工作电流得以有效控制，保障了装置运行的安全性。

在温度变送器中，测温组件是最为核心的，该结构中同样有热敏电阻以及压敏电阻的应用。热敏电阻用于变送器中测温组件的电路图如图1所示。

其中,PT100代表的是热敏电阻，R1代表的是引线电阻。在热敏电阻接入电路时，采用的是三线制接入的方法。采用这种电路连接方法使热敏电阻的阻值不会受到R1电阻的影响，从而避免了引线电阻给热敏电阻的运行带来误差。电阻R4是为了增加A处、B处以及C处的电位大小，从而使其可以达到A/D芯片要求的相应输入电压值。电路中R3与R4阻值总和为3 kΩ，这样保证流经热敏电阻电流可以处于0.4 mA左右的范围，从而减少了热敏电阻由于自身所发出的热量对测温工作带来的影响。测温组件整个电路的电压输入是相关跟随器提供的，并且电压跟随器是由拥有掉电模式放大器所组合而成的，其作用是可以使温度监测工作停止时也停止向测温组件提供电压，这样能够有效的使系统的能耗量减少。并且，由于电压的供应是依靠电池来完成的，这样也可以使电池的使用周期得以有效延长。另外，拥有掉电模式能够对电路中存在的一些误差有效的补偿，更加的提升测温组件的精准度。

2 压敏电阻在压力变送器中的应用

通常我们所用到的压力变送器包含测压装置、测量电流以及过程连接装置等三个部分。压力变送器是装置所测量得到的气体、液体等压力数据转化为相应的电信号，并输送至相应的二次装置，以完成对系统的监控和调节。由于压力传感器是测量不同部位的实际压力情况，其通常安装于管道外部，并且热力站中压力变送器运行的环境条件相对恶劣，通常避免不了会遭遇雷电感应，也会经常性的出现过电压的问题。例如，在相对空旷的平地中，热力站压力传感器就容易被作为带电云层泄电的一个通道，而因此遭遇雷击问题。在压力传感器中要是单纯的采用阻值相对大的压敏电阻元件，那将会由于残压降偏高而影响到后级电路的保护作用，要是单纯使用阻值相对小的压敏电阻元件，将导致压敏电阻被较为频繁的启动，可能会使压敏电阻在较短时间内被损坏而无法使用，维护工作相对困难，且运行成本也较大。因此，按照热敏电阻与压敏电阻所具有的耦合作用，制成了复合型的热敏电阻，以用于压力传感器的过压保护中。其是将两个热敏电阻分别串联至压敏电阻两侧，而形成复合型热敏电阻。这样的组合形式使得复合型热敏电阻的热容量有所提升，同时也为过压保护装置在电路中并联应用提供了一定的技术支撑。

目前，应用于压力变送器中的压力电阻大多数为压力陶瓷电阻。压力陶瓷电阻拥有非常好的电气及机械性能，可以被应用在多个领域中当作测量介质。

其整个组件由压敏芯片、信号数据处理元件和机械构件组合而成。其中陶瓷芯片属于弹性元件，通过厚膜技术将厚膜电阻烧结于相应的陶瓷膜片之上，构成所需的压敏电阻元件。当进行测量时，外界的压力会作用在压敏电阻的膜片之上，导致陶瓷出现一定的位移，而陶瓷的位移又使电阻值产生一定的改变，并且位移的大小所引起阻值改变和外界的作用压力呈现线性相关，从而使元件能够测量出相应的压力信号。所得到的信号再经过补偿与放大，并转换为标准信号，这样就能够将标准信号输入至仪表中，从而完成了对运行工况的实时监测。陶瓷压敏电阻应用于压力变送器中，其是通过高品质的陶瓷元件生产而得，流程简便，可用于工业化生产，并且电路更加的集成化，使元件生产成本得以降低，能够显著地降低整个设备的成本投入。另外，陶瓷拥有非常优良的抗腐蚀性能，用于供热系统中可以抵抗多种腐蚀介质的侵蚀。

3 结语

热敏电阻和压敏电阻均具有各自的特性。压敏电阻的响应周期非常短，并且抗雷击的性能优良。因此，压敏电阻和热敏电阻在变送器的应用中通常将热敏电阻安放在外线侧，而将压敏电阻安放在内线一侧。如果出现电路短路的情况后，压敏电阻就会被通电而接地，从而使变送器的电位减小至零，使得变送器装置被有效的保护。但是在压敏电阻和热敏电阻的实际应用中还需要注意以下问题：

1)电阻的阻值和温度或者压力呈现出了非常显著的非线性关系；

2)电阻元件不具备较强的一致性，所以元件的互换性能相对也较差；

3)电阻元件容易受到环境的侵蚀而老化，不具备较强的环境稳定性。

所以，我们在实际的使用过程中，一定要结合不同电阻元件的特性，科学选用适宜的电阻元件，以使变送器的性能可以得到更有效的发挥。

[1] 屈安山.热敏电阻传感器在电动机过负荷保护中的应用[J].科技创新与应用，2016(7)：80-81.

[2] 李祥超，陈璞阳，徐 乐，等.温度保险丝与ZnO压敏电阻串联使用中的性能分析[J].电瓷避雷器，2016(2)：94-99.

[3] 孙丹峰，季幼章.压敏电阻与热敏电阻组成保安单元[J].电源世界，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

戴谦九(1983- )，男，工程师

TN371

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