熱敏電阻及其原理應用

熱敏電阻器是敏感元件的一類(lèi)，按照溫度系數不同分為正溫度系數熱敏電阻器(PTC)和負溫度系數熱敏電阻器(NTC)。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對溫度敏感，不同的溫度下表現出不同的電阻值。正溫度系數熱敏電阻器(PTC)在溫度越高時(shí)電阻值越大，負溫度系數熱敏電阻器(NTC)在溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導體器件。

1簡(jiǎn)介

熱敏電阻是開(kāi)發(fā)早、種類(lèi)多、發(fā)展較成熟的敏感元器件.熱敏電阻由半導體陶瓷材料組成， 熱敏電阻是用半導體材料，大多為負溫度系數，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會(huì )造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。但熱敏電阻的線(xiàn)性度極差，并且與生產(chǎn)工藝有很大關(guān)系。制造商給不出標準化的熱敏電阻曲線(xiàn)。熱敏電阻體積非常小，對溫度變化的響應也快。但熱敏電阻需要使用電流源，小尺寸也使它對自熱誤差極為敏感。[1]

利用的原理是溫度引起電阻變化.若電子和空穴的濃度分別為n、p，遷移率分別為μn、μp，則半導體的電導為：

σ=q(nμn+pμp)

因為n、p、μn、μp都是依賴(lài)溫度T的函數，所以電導是溫度的函數，因此可由測量電導而推算出溫度的高低，并能做出電阻-溫度特性曲線(xiàn).這就是半導體熱敏電阻的工作原理.

熱敏電阻包括正溫度系數(PTC)和負溫度系數(NTC)熱敏電阻，以及臨界溫度熱敏電阻(CTR)。

2特點(diǎn)

熱敏電阻的主要特點(diǎn)是：

①靈敏度較高，其電阻溫度系數要比金屬大10～100倍以上，能檢測出10-6℃的溫度變化;

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℃(目前最高可達到2000℃)，低溫器件適用于-273℃～55℃;

③體積小，能夠測量其他溫度計無(wú)法測量的空隙、腔體及生物體內血管的溫度;

④使用方便，電阻值可在0.1～100kΩ間任意選擇;

⑤易加工成復雜的形狀，可大批量生產(chǎn);

⑥穩定性好、過(guò)載能力強。

3工作原理

熱敏電阻將長(cháng)期處于不動(dòng)作狀態(tài);當環(huán)境溫度和電流處于c區時(shí)，熱敏電阻的散熱功率與發(fā)熱功率接近，因而可能動(dòng)作也可能不動(dòng)作。熱敏電阻在環(huán)境溫度相同時(shí)，動(dòng)作時(shí)間隨著(zhù)電流的增加而急劇縮短;熱敏電阻在環(huán)境溫度相對較高時(shí)具有更短的動(dòng)作時(shí)間和較小的維持電流及動(dòng)作電流。

1、ptc效應是一種材料具有ptc(positive temperature coefficient)效應，即正溫度系數效應，僅指此材料的電阻會(huì )隨溫度的升高而增加。如大多數金屬材料都具有ptc效應。在這些材料中，ptc效應表現為電阻隨溫度增加而線(xiàn)性增加，這就是通常所說(shuō)的線(xiàn)性ptc效應。

2、非線(xiàn)性ptc效應 經(jīng)過(guò)相變的材料會(huì )呈現出電阻沿狹窄溫度范圍內急劇增加幾個(gè)至十幾個(gè)數量級的現象，即非線(xiàn)性ptc效應，相當多種類(lèi)型的導電聚合體會(huì )呈現出這種效應，如高分子ptc熱敏電阻。這些導電聚合體對于制造過(guò)電流保護裝置來(lái)說(shuō)非常有用。

3、高分子ptc熱敏電阻用于過(guò)流保護 高分子ptc熱敏電阻又經(jīng)常被人們稱(chēng)為自恢復保險絲(下面簡(jiǎn)稱(chēng)為熱敏電阻)，由于具有獨特的正溫度系數電阻特性，因而極為適合用作過(guò)流保護器件。熱敏電阻的使用方法象普通保險絲一樣，是串聯(lián)在電路中使用。

當電路正常工作時(shí)，熱敏電阻溫度與室溫相近、電阻很小，串聯(lián)在電路中不會(huì )阻礙電流通過(guò);而當電路因故障而出現過(guò)電流時(shí)，熱敏電阻由于發(fā)熱功率增加導致溫度上升，當溫度超過(guò)開(kāi)關(guān)溫度(ts，見(jiàn)圖1)時(shí)，電阻瞬間會(huì )劇增，回路中的電流迅速減小到安全值.為熱敏電阻對交流電路保護過(guò)程中電流的變化示意圖。熱敏電阻動(dòng)作后，電路中電流有了大幅度的降低，圖中t為熱敏電阻的動(dòng)作時(shí)間。由于高分子ptc熱敏電阻的可設計性好，可通過(guò)改變自身的開(kāi)關(guān)溫度(ts)來(lái)調節其對溫度的敏感程度，因而可同時(shí)起到過(guò)溫保護和過(guò)流保護兩種作用，如kt16-1700dl規格熱敏電阻由于動(dòng)作溫度很低，因而適用于鋰離子電池和鎳氫電池的過(guò)流及過(guò)溫保護。環(huán)境溫度對高分子ptc熱敏電阻的影響 高分子ptc熱敏電阻是一種直熱式、階躍型熱敏電阻，其電阻變化過(guò)程與自身的發(fā)熱和散熱情況有關(guān)，因而其維持電流(ihold)、動(dòng)作電流(itrip)及動(dòng)作時(shí)間受環(huán)境溫度影響。當環(huán)境溫度和電流處于a區時(shí)，熱敏電阻發(fā)熱功率大于散熱功率而會(huì )動(dòng)作;當環(huán)境溫度和電流處于b區時(shí)發(fā)熱功率小于散熱功率，高分子ptc熱敏電阻由于電阻可恢復，因而可以重復多次使用。圖6為熱敏電阻動(dòng)作后，恢復過(guò)程中電阻隨時(shí)間變化的示意圖。電阻一般在十幾秒到幾十秒中即可恢復到初始值1.6倍左右的水平，此時(shí)熱敏電阻的維持電流已經(jīng)恢復到額定值，可以再次使用了。面積和厚度較小的熱敏電阻恢復相對較快;而面積和厚度較大的熱敏電阻恢復相對較慢。4基本特性