[麦麦茶水间] 【每周分享】热电阻RTD和热敏电阻NTC有什么区别

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dffzh 发表于 2025-9-24 15:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
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
  
RTD热电阻
NTC热敏电阻
全称
电阻温度探测器
负温度系数热敏电阻
英文
RTD
Negative  Temperature Coefficient Thermistor
工作原理
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)
核心材料
纯金属,如铂(Pt)、铜(Cu)、镍(Ni)
金属氧化物半导体陶瓷,如锰、钴、镍的氧化物混合物
温度-电阻关系
线性度好,关系近似为直线
非线性严重,关系呈指数曲线
温度范围
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℃)
灵敏度
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℃)
精度
高,是工业测量中的基准和标准传感器
较低,受材料和老化影响较大
稳定性/可靠性
非常好,长期稳定性极佳,不易老化
较差,电阻值会随时间漂移(老化)
成本
高,尤其是铂材料
低,非常经济
外形尺寸
通常体积较大
可以做得非常小巧,响应快
典型型号
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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