熱敏電阻及其原理應(yīng)用

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是對溫度敏感，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)在溫度越高時電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。

1簡介

熱敏電阻是開發(fā)早、種類多、發(fā)展較成熟的敏感元器件.熱敏電阻由半導(dǎo)體陶瓷材料組成， 熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料，大多為負(fù)溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會造成大的阻值改變，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(biāo)準(zhǔn)化的熱敏電阻曲線。熱敏電阻體積非常小，對溫度變化的響應(yīng)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(dǎo)體的電導(dǎo)為：

σ=q(nμn+pμp)

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

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，以及臨界溫度熱敏電阻(CTR)。

2特點

熱敏電阻的主要特點是：

①靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)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法測量的空隙、腔體及生物體內(nèi)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(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn);

⑥穩(wěn)定性好、過載能力強。

3工作原理

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

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

2、非線性ptc效應(yīng) 經(jīng)過相變的材料會呈現(xiàn)出電阻沿狹窄溫度范圍內(nèi)急劇增加幾個至十幾個數(shù)量級的現(xiàn)象，即非線性ptc效應(yīng)，相當(dāng)多種類型的導(dǎo)電聚合體會呈現(xiàn)出這種效應(yīng)，如高分子ptc熱敏電阻。這些導(dǎo)電聚合體對于制造過電流保護裝置來說非常有用。

3、高分子ptc熱敏電阻用于過流保護 高分子ptc熱敏電阻又經(jīng)常被人們稱為自恢復(fù)保險絲(下面簡稱為熱敏電阻)，由于具有獨特的正溫度系數(shù)電阻特性，因而極為適合用作過流保護器件。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(dāng)電路正常工作時，熱敏電阻溫度與室溫相近、電阻很小，串聯(lián)在電路中不會阻礙電流通過;而當(dāng)電路因故障而出現(xiàn)過電流時，熱敏電阻由于發(fā)熱功率增加導(dǎo)致溫度上升，當(dāng)溫度超過開關(guān)溫度(ts，見圖1)時，電阻瞬間會劇增，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程中電流的變化示意圖。熱敏電阻動作后，電路中電流有了大幅度的降低，圖中t為熱敏電阻的動作時間。由于高分子ptc熱敏電阻的可設(shè)計性好，可通過改變自身的開關(guān)溫度(ts)來調(diào)節(jié)其對溫度的敏感程度，因而可同時起到過溫保護和過流保護兩種作用，如kt16-1700dl規(guī)格熱敏電阻由于動作溫度很低，因而適用于鋰離子電池和鎳氫電池的過流及過溫保護。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)、動作電流(itrip)及動作時間受環(huán)境溫度影響。當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于a區(qū)時，熱敏電阻發(fā)熱功率大于散熱功率而會動作;當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于b區(qū)時發(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(fù)，因而可以重復(fù)多次使用。圖6為熱敏電阻動作后，恢復(fù)過程中電阻隨時間變化的示意圖。電阻一般在十幾秒到幾十秒中即可恢復(fù)到初始值1.6倍左右的水平，此時熱敏電阻的維持電流已經(jīng)恢復(fù)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(fù)相對較快;而面積和厚度較大的熱敏電阻恢復(fù)相對較慢。4基本特性