气相色谱仪常用温度传感器 —— 热敏电阻温度传感器
概述
热敏电阻是利用金属氧化物半导体材料的电阻值随温度变化特性制成的热敏元件,与常见的热电阻相比,其电阻温度系数更高,可以获得更高的温度检测灵敏度。热敏电阻成本较低、阻值随温度变化的曲线呈非线性、不同元件之间的特性分散性较大、可测量温度范围较低,一般用于室温或者色谱仪的某些工作于较低温度的辅助单元。
简介
热敏电阻是金属氧化物半导体材料制成的测温元件,与热电阻(例如铂电阻)测温原理类似,温度变化会改变其电阻值。一般分为负温度系数(NTC)热敏电阻、正温度系数(PTC)热敏电阻和临界温度(CTR)热敏电阻三类。
各类型的热敏电阻温度特性曲线如图1所示,CTR热敏电阻在工作温度范围内,当温度超过确定数值时,其电阻值发生急剧变化,主要用于温度开关。PTC热敏电阻在工作温度范围内阻值随温度上升而增大,常用于电气设备的过热保护、电路中的限流元件或发热源的定温控制。
NTC热敏电阻温度特性与PTC相反,在工作温度范围内,电阻随温度升高而降低,并且其低温下电阻值较高,电阻值随温度的变化率较大,常用于温度补偿或者温度测量领域。因其较大的电阻变化率,容易得到较高的测温精度。
图1 热敏电阻温度特性曲线
热敏电阻可根据使用要求,封装加工成各种形式的探头,例如棒状、盘装、珠装等,其尺寸较小、响应速度快、灵敏度高,典型外观如图2所示。其工作温度范围为-50~350℃,高精度测定温度情况下建议使用温度不超过150℃。热敏电阻一般常用于数值较低范围温度的检测,例如实验室室温检测或者色谱仪内部器件散热片或仪器外壳的温度测定。
图2 热敏电阻外观
某些分析条件需要气相色谱仪或者液相色谱仪的柱温箱工作温度于接近室温(例如35℃),此种情况下高稳定性和高精度的温度控制较为困难,实验室室温的变化会影响柱温箱的温度稳定和控制精度。色谱控制系统需要根据室温的数值确定柱温箱温度的控制参数,此种场合下,测定室温经常会用到热敏电阻用于柱温箱温度的辅助控制。
某些电气或者光学部件(例如FPD检测器的干涉滤光片、液相色谱仪的氘灯等部件)要求的工作环境温度较低,基于对部件的保护,热敏电阻一般会安装在这些部件的散热片上。当意外情况发生(例如断电或者散热风扇损坏)使部件温度超过其保护温度时,色谱系统将会自动启动散热风扇或者发出报警。
某些型号的液相色谱仪使用热敏电阻作为漏液传感器,实质利用了热敏电阻的测温原理。当液相色谱系统发生泄漏,泄漏出的液体接触热敏电阻表面,由于液体蒸发造成热敏电阻表面温度降低,色谱系统感知到其温度变化,会触发漏液报警。
此外还有利用PN结温度特性制成的半导体热敏元件,称为固态温度传感器或集成温度传感器。硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时下降约2mV,利用此特性,可以将硅二极管或者三极管制成PN结温度传感器,其尺寸较小、线性良好、时间常数短、灵敏度高,测温范围一般为-50~150℃。其安装位置和使用场合与热敏电阻传感器相同。
小结
简单说明热敏电阻和固态温度传感器的原理。