熱敏電阻器是敏感元件的一類，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對(duì)溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時(shí)電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。
熱敏電阻包括正溫度系數(shù)（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻。
熱敏電阻的主要特點(diǎn)是：
?、凫`敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10～100倍以上；
②工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55℃～315℃，高溫器件適用溫度高于315℃（目前最高可達(dá)到2000℃）低溫器件適用于-273℃～55℃；
?、垠w積小，能夠測(cè)量其他溫度計(jì)無法測(cè)量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；
?、苁褂梅奖?，電阻值可在0.1～100kΩ間任意選擇；
?、菀准庸こ蓮?fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；
?、薹€(wěn)定性好、過載能力強(qiáng)．
由于半導(dǎo)體熱敏電阻有獨(dú)特的性能，所以在應(yīng)用方面它不僅可以作為測(cè)量元件（如測(cè)量溫度、流量、液位等），還可以作為控制元件（如熱敏開關(guān)、限流器）和電路補(bǔ)償元件。熱敏電阻廣泛用于家用電器、電力工業(yè)、通訊、軍事科學(xué)、宇航等各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)展前景極其廣闊。
熱敏電阻的作用
PTC熱敏電阻
PTC（Positive Temperature Coeff1Cient）是指在某一溫度下電阻急劇增加、具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象或材料，可專門用作恒定溫度傳感器。該材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3為主要成分的燒結(jié)體， 其中摻入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物進(jìn)行原子價(jià)控制而使之半導(dǎo)化，常將這種半導(dǎo)體化的BaTiO3等材料簡(jiǎn)稱為半導(dǎo)（體）瓷；同時(shí)還添加增大其正電阻溫度系數(shù)的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采用一般陶瓷工藝成形、高溫?zé)Y(jié)而使鈦酸鉑等及其固溶體半導(dǎo)化，從而得到正特性的熱敏電阻材料．其溫度系數(shù)及居里點(diǎn)溫度隨組分及燒結(jié)條件（尤其是冷卻溫度）不同而變化。
鈦酸鋇晶體屬于鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，它是一種鐵電材料，純鈦酸鋇是一種絕緣材料。 在鈦酸鋇材料中加入微量稀土元素，進(jìn)行適當(dāng)熱處理后，在居里溫度附近，電阻率陡增幾個(gè)數(shù)量級(jí)，產(chǎn)生PTC效應(yīng)，此效應(yīng)與BaTiO3晶體的鐵電性及其在居里溫度附近材料的相變有關(guān)。鈦酸鋇半導(dǎo)瓷是一種多晶材料，晶粒之間存在著晶粒間界面。 該半導(dǎo)瓷當(dāng)達(dá)到某一特定溫度或電壓，晶體粒界就發(fā)生變化，從而電阻急劇變化。
鈦酸鋇半導(dǎo)瓷的PTC效應(yīng)起因于粒界（晶粒間界）。對(duì)于導(dǎo)電電子來說，晶粒間界面相當(dāng)于一個(gè)勢(shì)壘。溫度低時(shí)，由于鈦酸鋇內(nèi)電場(chǎng)的作用，導(dǎo)致電子極容易越過勢(shì)壘，則電阻值較小。 當(dāng)溫度升高到居里點(diǎn)溫度（即臨界溫度）附近時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)受到破壞，它不能幫助導(dǎo)電電子越過勢(shì)壘。這相當(dāng)于勢(shì)壘升高，電阻值突然增大，產(chǎn)生PTC效應(yīng)。鈦酸鋇半導(dǎo)瓷的PTC效應(yīng)的物理模型有海望表面勢(shì)壘模型、丹尼爾斯等人的鋇缺位模型和疊加勢(shì)壘模型，它們分別從不同方面對(duì)PTC效應(yīng)作出了合理解釋。
PTC熱敏電阻于1950年出現(xiàn)，隨后1954年出現(xiàn)了以鈦酸鋇為主要材料的PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻在工業(yè)上可用作溫度的測(cè)量與控制， 也用于汽車某部位的溫度檢測(cè)與調(diào)節(jié)，還大量用于民用設(shè)備，如控制瞬間開水器的水溫、空調(diào)器與冷庫(kù)的溫度， 利用本身加熱作氣體分析和風(fēng)速機(jī)等方面。
PTC熱敏電阻除用作加熱元件外，同時(shí)還能起到“開關(guān)”的作用，兼有敏感元件、加熱器和開關(guān)三種功能，稱之為“熱敏開關(guān)”。 電流通過元件后引起溫度升高，即發(fā)熱體的溫度上升，當(dāng)超過居里點(diǎn)溫度后，電阻增加，從而限制電流增加， 于是電流的下降導(dǎo)致元件溫度降低，電阻值的減小又使電路電流增加，元件溫度升高，周而復(fù)始，因此具有使溫度保持在特定范圍的功能，又起到開關(guān)作用。 利用這種阻溫特性做成加熱源，作為加熱元件應(yīng)用的有暖風(fēng)器、電烙鐵、烘衣柜、空調(diào)等，還可對(duì)電器起到過熱保護(hù)作用．
NTC熱敏電阻
NTC（Negative Temperature Coeff1Cient）是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料。 該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進(jìn)行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝而成的半導(dǎo)體陶瓷，可制成具有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）的熱敏電阻。它的其電阻率和材料常數(shù)隨材料成分比例、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化。現(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料。
NTC熱敏電阻器的發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的階段。1834年，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了硫化銀有負(fù)溫度系數(shù)的特性。1930年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)氧化亞銅-氧化銅也具有負(fù)溫度系數(shù)的性能，并將之成功地運(yùn)用在航空儀器的溫度補(bǔ)償電路中。隨后，由于晶體管技術(shù)的不斷發(fā)展，熱敏電阻器的研究取得重大進(jìn)展。1960年研制出了NTC熱敏電阻器，廣泛用于測(cè)溫、控溫、溫度補(bǔ)償?shù)确矫妗?/p>
它的測(cè)量范圍一般為-10～+300℃，也可做到-200～+10℃。
熱敏電阻器溫度計(jì)的精度可以達(dá)到0.1℃，感溫時(shí)間可少至10s以下。 它不僅適用于糧倉(cāng)測(cè)溫儀，同時(shí)也可應(yīng)用于食品儲(chǔ)存、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學(xué)種田、海洋、深井、高空、冰川等方面的溫度測(cè)量．
熱敏電阻的檢測(cè)
對(duì)于工程師來說，利用萬用表測(cè)電阻是最基礎(chǔ)的工作。同時(shí)要求新人工程師必須牢牢掌握的的一項(xiàng)技術(shù)。本文就和新人工程師一起分享萬用表測(cè)電阻的相關(guān)知識(shí)，解析如何使用萬用表測(cè)試熱敏電阻的好壞。
正溫度系數(shù)熱敏電阻的檢測(cè)
與萬用表測(cè)電阻的大多數(shù)方法一樣，在使用指針式萬用表檢測(cè)正溫度系數(shù)熱敏電阻好壞情況時(shí)，我們需要將萬用表調(diào)到R×1擋，具體的操作步驟可分兩步。進(jìn)行常溫檢測(cè)（室內(nèi)溫度接近25℃）時(shí)，首先將兩表筆接觸PTC熱敏電阻的兩引腳測(cè)出其實(shí)際阻值，并與標(biāo)稱阻值相對(duì)比，二者相差在±2Ω內(nèi)即為正常。實(shí)際阻值若與標(biāo)稱阻值相差過大，則說明其性能不良或已損壞。
對(duì)熱敏電阻的加溫檢測(cè)是在常溫測(cè)試正常的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，當(dāng)使用上文中介紹的萬用表測(cè)電阻好壞辦法檢測(cè)該熱敏電阻正常時(shí)，即可進(jìn)行第二步測(cè)試—加溫檢測(cè)，將一熱源（例如電烙鐵）靠近PTC熱敏電阻對(duì)其加熱，同時(shí)用萬用表監(jiān)測(cè)其電阻值是否隨溫度的升高而增大，如果是，說明熱敏電阻正常，若阻值無變化則說明其性能變劣，不能繼續(xù)使用。此時(shí)需要注意，不要使熱源與PTC熱敏電阻靠得過近或直接接觸熱敏電阻，以防止將其燙壞。
負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的檢測(cè)
當(dāng)使用萬用表測(cè)電阻技術(shù)對(duì)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻進(jìn)行好壞程度檢測(cè)是，其方法與測(cè)量普通固定電阻的方法相同，即根據(jù)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的標(biāo)稱阻值選擇合適的電阻擋，就能夠直接測(cè)出Rt的實(shí)際值。但因NTC熱敏電阻對(duì)溫度很敏感，因此在測(cè)試時(shí)需要特別注意幾個(gè)問題。首先，ARt是生產(chǎn)廠家在環(huán)境溫度為25℃時(shí)所測(cè)得的，所以用萬用表測(cè)量Rt時(shí)，頁應(yīng)在環(huán)境溫度接近25℃時(shí)進(jìn)行，以保證測(cè)試的可信度。其次，測(cè)量功率不得超過規(guī)定值，以免電流熱效應(yīng)引起測(cè)量誤差。再就是測(cè)試時(shí)注意不要用手捏住熱敏電阻體，以防止人體溫度對(duì)測(cè)試產(chǎn)生影響。
在使用萬用表測(cè)電阻技術(shù)對(duì)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻進(jìn)行溫度系數(shù)αt估測(cè)時(shí)，首先要在室溫t1下測(cè)得電阻值Rt1，然后再用電烙鐵作熱源，靠近熱敏電阻Rt，測(cè)出電阻值RT2，同時(shí)用溫度計(jì)測(cè)出此時(shí)熱敏電阻RT表面的平均溫度t2再進(jìn)行計(jì)算。這樣所測(cè)試出的結(jié)果才是最精確的。
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熱敏電阻的相關(guān)技術(shù)術(shù)語
1. 居里點(diǎn)
“POSISTOR?”在達(dá)到某一溫度前，電阻值是恒定的，一旦超過這一溫度，電阻值也會(huì)急劇上升。這一電阻值的變化點(diǎn)成為“居里點(diǎn) （也稱為居里溫度） ”，村田制作對(duì)其的定義是25℃時(shí)電阻值的2倍電阻值所處的溫度。
2. 溫度補(bǔ)償
是由溫度變化導(dǎo)致儀器、測(cè)量器等產(chǎn)生誤差，經(jīng)過特別設(shè)計(jì)對(duì)附屬裝置和電氣電路進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)于會(huì)因溫度變化而改變特性的元件而言，可以通過抑制溫度變化進(jìn)行工作。
3. 突入電流
在啟動(dòng)電子設(shè)備的開關(guān)電源時(shí)，流過超過額定電流值的大電流。
4. 正溫度系數(shù)熱敏電阻
我們稱隨溫度上升，電阻也上升的特性為正溫度系數(shù)，PTC熱敏電阻的溫度特性為正溫度系數(shù)。因此我們稱它為正溫度系數(shù)熱敏電阻。
5. 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻
我們稱隨溫度上升，電阻減小的特性為負(fù)溫度系數(shù)，NTC熱敏電阻的溫度特性為負(fù)溫度系數(shù)。因此NTC熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。
6. B常數(shù)
使用在規(guī)定的周圍溫度2點(diǎn)處的電阻值，根據(jù)下面公式計(jì)算出表示電阻變化的常數(shù)。
B=ln （R/R0） / （1/T-1/T0）
R： 周圍溫度為T （K） 時(shí)的電阻值 R0： 周圍溫度為T0 （K） 時(shí)的電阻值
7. 最大工作電壓
是指在工作溫度范圍內(nèi)，平時(shí)可對(duì)POSISTOR?施加的最大電壓。
8. 耐電壓
在25℃的靜止空氣中施加三分鐘也能承受的電壓為耐電壓。施加電壓采用從0V開始，緩慢上升至耐電壓的上升方法。
9. 熱放散系數(shù) （D）
是指發(fā)熱體和周圍溫度的溫度差為1℃時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)損失的熱量。
W=I？V=D （T-T0）
T： 發(fā)熱體溫度
T0： 周圍溫度
D. ： 熱發(fā)散系數(shù) （W/°C）
此數(shù)值通常由發(fā)熱體本身的尺寸、結(jié)構(gòu)及材質(zhì)所決定。
10. 熱時(shí)間常數(shù) （γsec）
POSISTOR?周圍溫度從T0瞬間移動(dòng)至T1時(shí)，溫度差的0.632倍為時(shí)間。一般由熱放散系數(shù) （W/℃） 和熱容量H （W？sec/℃） 表示γ＝H/D。這與動(dòng)特性相關(guān)。
11. 發(fā)熱工作點(diǎn)
POSISTOR?自身發(fā)熱與向外部發(fā)熱呈平衡狀態(tài)的工作點(diǎn)。
12. 電流保護(hù)
根據(jù)POSISTOR?的電流電壓特性，電流的極大點(diǎn)稱為電流保護(hù)。
13. 電流保護(hù)變動(dòng)范圍
POSISTOR?的電流保護(hù)隨周圍溫度、電阻值、溫度特性、形狀等改變。超過電流保護(hù)上限的電流領(lǐng)域?yàn)楣ぷ黝I(lǐng)域，低于下限的電流領(lǐng)域?yàn)椴还ぷ麟娏黝I(lǐng)域，上下限間的電流領(lǐng)域稱為電流保護(hù)變動(dòng)范圍。
14. 工作時(shí)間
工作時(shí)間為流經(jīng)POSISTOR?的突入電流減少至1/2所需的時(shí)間。