热敏电阻分为几种类型?

热敏电阻分为几种类型?
热敏电阻分为几种类型?

热敏电阻分为几种类型?
热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件．热敏电阻由半导体陶瓷材料组成,利用的原理是温度引起电阻变化．若电子和空穴的浓度分别为n、p,迁移率分别为μn、μp,则半导体的电导为：
σ=q（nμn+pμp）
因为n、p、μn、μp都是依赖温度T的函数,所以电导是温度的函数,因此可由测量电导而推算出温度的高低,并能做出电阻-温度特性曲线．这就是半导体热敏电阻的工作原理．
热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻,以及临界温度热敏电阻（CTR）．它们的电阻-温度特性如图1所示．热敏电阻的主要特点是：①灵敏度较高,其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上,能检测出10-6℃的温度变化；②工作温度范围宽,常温器件适用于-55℃～315℃,高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃）,低温器件适用于-273℃～55℃；③体积小,能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；④使用方便,电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；⑤易加工成复杂的形状,可大批量生产；⑥稳定性好、过载能力强．
由于半导体热敏电阻有独特的性能,所以在应用方面,它不仅可以作为测量元件（如测量温度、流量、液位等）,还可以作为控制元件（如热敏开关、限流器）和电路补偿元件．热敏电阻广泛用于家用电器、电力工业、通讯、军事科学、宇航等各个领域,发展前景极其广阔．
一、PTC热敏电阻
PTC（Positive Temperature Coeff1Cient）是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻现象或材料,可专门用作恒定温度传感器．该材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为主要成分的烧结体,其中掺入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物进行原子价控制而使之半导化,常将这种半导体化的BaTiO3等材料简称为半导（体）瓷；同时还添加增大其正电阻温度系数的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物,采用一般陶瓷工艺成形、高温烧结而使钛酸铂等及其固溶体半导化,从而得到正特性的热敏电阻材料．其温度系数及居里点温度随组分及烧结条件（尤其是冷却温度）不同而变化．
钛酸钡晶体属于钙钛矿型结构,是一种铁电材料,纯钛酸钡是一种绝缘材料．在钛酸钡材料中加入微量稀土元素,进行适当热处理后,在居里温度附近,电阻率陡增几个数量级,产生PTC效应,此效应与BaTiO3晶体的铁电性及其在居里温度附近材料的相变有关．钛酸钡半导瓷是一种多晶材料,晶粒之间存在着晶粒间界面．该半导瓷当达到某一特定温度或电压,晶体粒界就发生变化,从而电阻急剧变化．
钛酸钡半导瓷的PTC效应起因于粒界（晶粒间界）．对于导电电子来说,晶粒间界面相当于一个势垒．当温度低时,由于钛酸钡内电场的作用,导致电子极容易越过势垒,则电阻值较小．当温度升高到居里点温度（即临界温度）附近时,内电场受到破坏,它不能帮助导电电子越过势垒．这相当于势垒升高,电阻值突然增大,产生PTC效应．钛酸钡半导瓷的PTC效应的物理模型有海望表面势垒模型、丹尼尔斯等人的钡缺位模型和叠加势垒模型,它们分别从不同方面对PTC效应作出了合理解释．
实验表明,在工作温度范围内,PTC热敏电阻的电阻-温度特性可近似用实验公式表示：
RT=RT0expBp（T-T0）
式中RT、RT0表示温度为T、T0时电阻值,Bp为该种材料的材料常数．
PTC效应起源于陶瓷的粒界和粒界间析出相的性质,并随杂质种类、浓度、烧结条件等而产生显著变化．最近,进入实用化的热敏电阻中有利用硅片的硅温度敏感元件,这是体型且精度高的PTC热敏电阻,由n型硅构成,因其中的杂质产生的电子散射随温度上升而增加,从而电阻增加．
PTC热敏电阻于1950年出现,随后1954年出现了以钛酸钡为主要材料的PTC热敏电阻．PTC热敏电阻在工业上可用作温度的测量与控制,也用于汽车某部位的温度检测与调节,还大量用于民用设备,如控制瞬间开水器的水温、空调器与冷库的温度,利用本身加热作气体分析和风速机等方面．下面简介一例对加热器、马达、变压器、大功率晶体管等电器的加热和过热保护方面的应用.
PTC热敏电阻除用作加热元件外,同时还能起到“开关”的作用,兼有敏感元件、加热器和开关三种功能,称之为“热敏开关”,如图2和3所示．电流通过元件后引起温度升高,即发热体的温度上升,当超过居里点温度后,电阻增加,从而限制电流增加,于是电流的下降导致元件温度降低,电阻值的减小又使电路电流增加,元件温度升高,周而复始,因此具有使温度保持在特定范围的功能,又起到开关作用．利用这种阻温特性做成加热源,作为加热元件应用的有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等,还可对电器起到过热保护作用．
二、NTC热敏电阻
NTC（Negative Temperature Coeff1Cient）是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料．该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷,可制成具有负温度系数（NTC）的热敏电阻．其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化．现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系NTC热敏电阻材料．
NTC热敏半导瓷大多是尖晶石结构或其他结构的氧化物陶瓷,具有负的温度系数,电阻值可近似表示为：
式中RT、RT0分别为温度T、T0时的电阻值,Bn为材料常数．陶瓷晶粒本身由于温度变化而使电阻率发生变化,这是由半导体特性决定的．
NTC热敏电阻器的发展经历了漫长的阶段．1834年,科学家首次发现了硫化银有负温度系数的特性．1930年,科学家发现氧化亚铜-氧化铜也具有负温度系数的性能,并将之成功地运用在航空仪器的温度补偿电路中．随后,由于晶体管技术的不断发展,热敏电阻器的研究取得重大进展．1960年研制出了N1C热敏电阻器．NTC热敏电阻器广泛用于测温、控温、温度补偿等方面．下面介绍一个温度测量的应用实例,NTC热敏电阻测温用原理如图4所示．
它的测量范围一般为-10～+300℃,也可做到-200～+10℃,甚至可用于+300～+1200℃环境中作测温用．RT为NTC热敏电阻器；R2和R3是电桥平衡电阻；R1为起始电阻；R4为满刻度电阻,校验表头,也称校验电阻；R7、R8和W为分压电阻,为电桥提供一个稳定的直流电源．R6与表头（微安表）串联,起修正表头刻度和限制流经表头的电流的作用．R5与表头并联,起保护作用．在不平衡电桥臂（即R1、RT）接入一只热敏元件RT作温度传感探头．由于热敏电阻器的阻值随温度的变化而变化,因而使接在电桥对角线间的表头指示也相应变化．这就是热敏电阻器温度计的工作原理．
热敏电阻器温度计的精度可以达到0.1℃,感温时间可少至10s以下．它不仅适用于粮仓测温仪,同时也可应用于食品储存、医药卫生、科学种田、海洋、深井、高空、冰川等方面的温度测量．
三、CTR热敏电阻
临界温度热敏电阻CTR（Crit1Cal Temperature Resistor）具有负电阻突变特性,在某一温度下,电阻值随温度的增加激剧减小,具有很大的负温度系数．构成材料是钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合烧结体,是半玻璃状的半导体,也称CTR为玻璃态热敏电阻．骤变温度随添加锗、钨、钼等的氧化物而变．这是由于不同杂质的掺入,使氧化钒的晶格间隔不同造成的．若在适当的还原气氛中五氧化二钒变成二氧化钒,则电阻急变温度变大；若进一步还原为三氧化二钒,则急变消失．产生电阻急变的温度对应于半玻璃半导体物性急变的位置,因此产生半导体-金属相移．CTR能够作为控温报警等应用．
热敏电阻的理论研究和应用开发已取得了引人注目的成果．随着高、精、尖科技的应用,对热敏电阻的导电机理和应用的更深层次的探索,以及对性能优良的新材料的深入研究,将会取得迅速发展．
编辑词条