热辐射探测(热敏电阻和热电偶,热电堆).ppt

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热敏电阻:依据某些材料吸收入射辐射产生升温而引起电阻改变。相对于一般的金属电阻，热敏电阻具备如下特点：
①热敏电阻的温度系数大，灵敏度高，热敏电阻的温度系数常比一般金属电阻大10～100倍。
②结构简单，体积小。最小的珠状热敏电阻其直径仅为 ，可以测量近似几何点的温度。
③电阻率高，热惯性小，适宜做动态测量。
④阻值与温度的变化关系呈非线性。
⑤稳定性好。商品化产品已有30多年历史，加之近年在材料与工艺上不断得到改进。据报道，℃的小温度范围内，℃的精度。
(a)热敏电阻的特点
热敏电阻
多数半导体热敏电阻具有负的温度系数，即当温度升高时，其电阻值下降，同时灵敏度也下降。由于这个原因，限制了它在高温情况下的使用。
半导体材料：本征吸收和杂质吸收是直接产生光生载流子。晶格吸收和自由电子吸收等：不直接产生载流子，将辐射能不同程度地转变为热能，引起晶格振动的加剧，温度上升。
热敏电阻的种类很多，分类方法也不相同。
热敏电阻主要有：半导体材料和金属材料。
金属材料：外层自由电子密度很大，光作用引起的自由电子密度相对变化可忽略不计。相反，吸收光以后，使晶格振动加剧，妨碍了自由电子作定向运动。因此，由金属材料组成的热敏电阻具有正温度系数。即当温度升高时，其电阻值上升。
金属材料热敏电阻耐高温，多用于温度的模拟测量。
(b)热敏电阻的分类
图5-1所示为半导体材料和金属材料（白金）的温度特性曲线。
白金的电阻温度系数为正值，%左右；半导体材料热敏电阻的温度系数为负值，大约为-3%~-6%，约为白金的10倍以上。
热敏电阻探测器常用半导体材料制作而很少采用贵重的金属。
将金属氧化物（如铜的氧化物，锰-镍-钴的氧化物）的粉末用黏合剂黏合后，涂敷在瓷管或玻璃上烘干，即构成半导体材料的热敏电阻。
按热敏电阻的阻值与温度关系
这一重要特性。 热敏电阻可分为：
（1）正温度系数热敏电阻器（PTC）
电阻值随温度升高而增大的电阻器，
简称PTC热敏阻器。它的主要材料是
掺杂的BaTiO3半导体陶瓷。
（2）负温度系数热敏电阻器（NTC）
电阻值随温度升高而下降的热敏电阻器简称NTC热敏电阻器。它的材料主要是一些过渡金属氧化物半导体陶瓷。
（3）突变型负温度系数热敏电阻器（CTR)
该类电阻器的电阻值在某特定温度范围内随温度升高而降低3～4个数量级，即具有很大负温度系数。其主要材料是VO2并添加一些金属氧化物。
1
2
3
4
铂丝
40
60
120
160
0
100
101
102
103
104
105
106
RT/Ω
温度T/ºC
热敏电阻的结构
（因为在相同的入射辐射下得到较大的温升）粘合在导热能力高的绝缘衬底上，电阻体两端蒸发金属电极以便与外电路连接，再把衬底同一个热容很大、导热性能良好的金属相连构成热敏电阻。
根据不同的要求，可以把热敏电阻做成不同的形状，典型结构如图5-3所示。
热敏电阻探测器的主要参数有：
电阻-温度特性
热敏电阻的阻温特性是指实际阻值与电阻体温度之间的依赖关系，这是它的基本特性之一。
热敏电阻器的实际阻值RT与其自身温度T的关系有正温度系数与负温度系数两种，分别表示为：
数的热敏电阻
数的热敏电阻
热敏电阻的特性参数
为了使用方便，常取环境温度为25℃作为参考温度（即T0=25℃），则NTC热敏电阻器的电阻—温度关系式：
RT/R25——T关系如右图。
0
25
50
75
100
125

1

2

3

(25ºC,1)
RT / RT0--T特性曲线
RT/R25
T
由热敏电阻的阻值公式可分别求出正、负温度系数的热敏电阻的温度系数aT 。
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aT表示温度变化1℃时，热敏电阻实际阻值的相对变化为
式中，aT和RT为对应于温度T（K）时的热电阻的温度系数和阻值。
aT = A
对于正温度系数的热敏电阻温度系数为
对于负温度系数的热敏电阻温度系数为
热敏电阻阻值变化量
已知热敏电阻温度系数aT后，当热敏电阻接收入射辐射后温度变化△T，则阻值变化量为
ΔRT = RT aTΔT
式中，RT为温度T时的电阻值，上式只有在△T不大的条件下才能成立。
热敏电阻电路如图5-5所示，图中 = 。若在热敏电阻上加上偏压Ubb之后，由于辐射的照射使热敏电阻值改变，因而负载电阻电压增量
（3）热敏电阻的输出特性
（4）冷阻与热阻
上式为假定 ， 的条件下得到的。
RT为热敏电阻在某个温度下的电阻值，常称为冷阻，如果功率为φ的辐射入射到热敏电阻上，设其吸收系数为a，则热敏电阻的热阻定义为吸收单位辐射功率所引起的温升，即
因此，式（5-23）可写成
（5-23）