热敏
电阻器是电阻值对温度极为敏感的一种电阻器,也叫半导体热敏电阻器。它可由
单晶、
多晶以及玻璃、塑料等
半导体材料制成。这种电阻器具有一系列特殊的电性能,最基本的特性是其阻值随温度的变化有极为显著的变化,以及
伏安曲线呈
非线性。
电阻值随温度变化而变化的
敏感元件。在工作温度范围内,电阻值随温度上升而增加的是正
温度系数(
PTC)热敏电阻器;电阻值随温度上升而减小的是
负温度系数(
NTC)热敏电阻器。图1中为四种常见的热敏电阻器的电阻-温度特性曲线。曲线 1是金属热敏电阻器。它的电阻值随温度上升而线性增加,
电阻温度系数为+0.004K-1左右。曲线2是普通负温度系数热敏电阻器。它的电阻值随温度上升而呈指数减小,室温下的电阻温度系数为-0.02K-1~-0.06K-1。曲线3是临界热敏电阻器(
CTR)。它的电阻值在某一特定温度附近随温度上升而急剧减小,变化量达到2~4个
数量级。曲线4A和4B是
钛酸钡系正温度系数热敏电阻器。前者为缓变型,室温下的
电阻温度系数在+0.03~+0.08K-1之间;后者为开关型,在某一较小温度区间,电阻值急增几个数量级,电阻温度系数可达+0.10~+0.60K-1。
1871年
西门子公司首先用纯铂制成测温用铂热敏电阻器,之后又出现
纯铜和纯镍热敏电阻器。这类
纯金属热敏电阻器有极好的
重复性和稳定性。早在1834年以前,M.法拉第就发现
硫化银等
半导体材料具有很大的负电阻温度系数。但直到20世纪30年代,才使用硫化银、
二氧化铀等材料制成有实用价值的热敏电阻器。1940年美国J.A.贝克等人发现某些
过渡金属氧化物经混合烧结后,成为具有很大
负温度系数的半导体,而且性能相当稳定。1946年后生产的普通负温度系数热敏电阻器,绝大多数是用这种合成
氧化物半导体制成的。1954年P.W.哈依曼等人发现添加微量
稀土元素的
钛酸钡陶瓷具有较理想的正
电阻温度系数,以后在此基础上制成了热敏电阻器,并发展成系列品种,
应用范围日益扩大。
热敏电阻器种类繁多,一般按阻值
温度系数可分为负
电阻温度系数(以下简称负温系数)和正电阻温度系数(以下简称正温系数)热敏电阻器;
是对温度灵敏度高,
热惰性小,寿命长,体积小,结构简单,以及可制成各种不同的外形结构。因此,随着工农业生产以及科学技术的发展,这种元件已获得了广泛的应用,如
温度测量、
温度控制、
温度补偿、液面测定、气压测定、
火灾报警、气象探空、
开关电路、过荷保护、
脉动电压抑制、
时间延迟、稳定
振幅、自动增益调整、微波和激光
功率测量等等。
随着近代
军事技术、特别是
空间技术的发展,对热敏电阻器除了要求高可靠、长寿命、超高温和
超低温外,还需要灵敏度更高、不需致冷、性能优良的测
辐射功率的
热敏器件。
式中Rt为温度t摄氏度时的电阻值,R0为温度0摄氏度时的电阻值,α 为工作温度区间的平均
温度系数。普通负温度系数热敏电阻器的电阻温度关系可表示为
式中 RT为温度T(K)时的电阻值,A为与热敏电阻器材料和结构有关的系数,B为材料的特性常数。根据
温度系数的定义,(见图2)。
临界热敏电阻器以及
钛酸钡系正温度系数热敏电阻器的电阻温度关系不易用数学式表达,一般用特性曲线或某温度下的电阻温度系数值来表示。
② 电压-电流特性:在规定温度和静止空气中,热敏电阻器达到
热平衡时两端的电压与其中流过的稳态电流之间的关系,通常呈
非线性。
③
热时间常数:当环境温度从温度T1突变到温度T2,热敏电阻体的温度变化到等于(T2-T1)的63.2%时所需的时间。
①利用电阻-温度特性来测量温度、控制温度和元件、器件、电路的
温度补偿;