热电阻RTD和热敏电阻NTC都是用于测量温度的传感器,但它们在工作原理、材料、特性和应用等方面有本质的区别。 两者的基本原理如下: RTD:利用纯金属的电阻随温度升高而均匀增大的特性,精度高、线性好,常用于中低温区(-200℃ ~ +600℃)的精确测量。 NTC:利用半导体陶瓷材料的电阻随温度升高而急剧减小的特性,灵敏度高、成本低,常用于对精度要求不高的宽温区(-40℃ ~ +150℃)测量和控制。 下图是一个温度传感器厂商的网站上所展示的NTC温度传感器型号,可以看出有很多类型: 下面先通过表格方式对比一下两者的一些区别: 特性 | | | | | | | | Negative Temperature Coefficient Thermistor | | 金属的电阻值随温度升高而增大(正温度系数,PTC) | 半导体陶瓷材料的电阻值随温度升高而减小(负温度系数,NTC) | | | | | | | | 宽,尤其铂电阻(Pt100/Pt1000)可达 -200℃ ~ +600℃ 甚至更高 | 较窄,通常为 -40℃ ~ +150℃ (部分型号可到300℃) | | 较低。例如,Pt100的变化率约为 0.385 Ω/℃ | 极高。例如,在25℃时,变化率可达 -4% ~ -5%/℃ (几十欧姆每℃) | | | | | | | | | | | | | | Pt100(0℃时100Ω),Pt1000,Cu50 | 通常用 25℃时的阻值 和 B值 表示,如 10kΩ, B=3950 |
下面再进行一些详细介绍。 1. 热电阻 工作原理与材料: 基于纯金属的电阻值随温度升高而线性增加的物理特性。最常用的材料是铂(Pt),因为它化学性质稳定、重复性好、测量精度高。Pt100(0℃时电阻为100Ω)是国际公认的精度标准。 优点: 高精度和高稳定性:是实验室和工业过程控制中首选的温度标准。 良好的线性特性:其电阻与温度关系接近直线,使得信号处理(计算温度)更简单。 宽温度范围:尤其铂电阻,可以测量非常低(接近绝对零度)和非常高的温度。 缺点: 成本高:尤其是铂金属。 灵敏度较低:电阻变化率较小,需要高精度的测量电路(如四线制接法)来消除引线误差。 尺寸较大:响应速度相对较慢。 主要应用:工业过程控制、实验室精密测温、医疗设备、暖通空调(HVAC)的高精度测量、作为标准温度计校验其他传感器。 2.NTC热敏电阻 工作原理与材料: 由多种金属氧化物混合烧结而成的半导体陶瓷。其内部载流子数目随温度升高而增加,导致电阻值呈指数型下降。 优点: 极高的灵敏度:很小的温度变化就能引起很大的电阻变化,易于测量。 成本低廉。 体积小巧:可以制成珠状、片状等,热惯性小,响应速度非常快。 缺点: 非线性严重:电阻与温度是指数关系,必须通过查表或复杂的数学公式(如Steinhart-Hart方程)才能计算出准确温度,或者使用硬件电路进行线性补偿。 温度范围较窄:高温下材料特性容易发生不可逆变化。 稳定性较差:电阻值会随着时间漂移(老化),不适合需要长期高精度测量的场合。 主要应用:消费电子产品(手机、电池包温度监测)、家电(电饭煲、空调、热水器)、汽车(水温、油温、舱内温度监测)、打印机喷头温度控制等对成本和灵敏度要求高、但对绝对精度要求不高的场合。 3. 总结如何选择 需要高精度、高稳定性、宽量程的工业或科学测量? 选择热电阻(Pt100/Pt1000)。 需要低成本、高灵敏度、快速响应,用于消费类产品或一般性温度控制? 选择NTC热敏电阻。 需要监测温度的微小变化? NTC的极高灵敏度使其成为首选。 需要传感器在十年后读数依然精准? 热电阻的长期稳定性无可替代。
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