EMC调试工具（十一） ：热敏电阻知多少
文摘
科学
2024-08-04 11:48
广东
热敏电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件，是一种传感器电阻，组成热敏电阻的材料一般是陶瓷或聚合物，在有限的温度范围内能实现较高的精度。![]()
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图1: 常用热敏电阻与电路符号
01、热敏电阻分类
根据其制作的材料及形状、灵敏度、受热方式、温度变化特性的不同而具有多种类型。根据制作材料分类
制作热敏电阻的材料较多，根据使用的材料可以将其分为：陶瓷热敏电阻、玻璃态热敏电阻、塑料热敏电阻、金刚石热敏电阻、半导体单晶热敏电阻等。其中，陶瓷热敏电阻产量最多，应用最广。它是用金属氧化物半导体材料在不同条件下烧制而成的。热敏电阻根据其结构及形状可分为：圆片状（片状）热敏电阻、圆柱状（柱状）热敏电阻、圆圈形（垫圈式）热敏电阻等多种。![]()
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图2: 圆形与柱状热敏电阻
根据温度变化的灵敏度分类
热敏电阻根据温度变化的灵敏度不同，可分为高灵敏度型热敏电阻和低灵敏度型热敏电阻。低灵敏度型热敏电阻：又称为缓变型热敏电阻。高灵敏度型热敏电阻：又称为突变型热敏电阻或开关型热敏电阻。在这种传感器的电阻温度变化关系曲线中，有一个温度值称为居里点，当温度低于居里点时，阻值比较稳定，一旦温度上升到居里点之上，阻值急剧变大，电阻温度系数可高达(+10℃-60℃)低灵敏度型热敏电阻：又称为缓变型热敏电阻，其温度系数在(+0.5℃-8℃)之间变化。![]()
图3: 热敏电阻的阻值与温度特性曲线
热敏电阻按其温度变化不同特性可分为正温度系数（PTC）热敏电阻和负温度系数（NTC）热敏电阻。正温度系数热敏电阻：电阻值会随着温度的升高而增大。负温度系数热敏电阻：电阻值会随着温度的升高而下降。热敏电阻按受热方式不同可分为直热式热敏电阻和旁热式热敏电阻。直热式热敏电阻：利用电阻体本身通过电流时产生热量，从而使电阻值发生变化。旁热式热敏电阻：除电阻体外，还有一个金属丝烧制的加热器作为热源电阻，电阻体和加热体之间绝缘，且距离又很近，两者一起密封于高真空玻璃壳中。 02、热敏电阻工作原理
热敏电阻的基本电气特性是其电阻值随着温度变化而改变，热敏电阻自身温度会随着周围温度或电流通过热敏电阻而导致的自热而改变。正温度系数热敏电阻（PTC）的工作原理
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图4: 正温度系数热敏电阻
正温度系数热敏电阻以钛酸钡为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结而成。纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素以后，变成了半导体材料。当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子很容易越过位垒，电阻值较小；当温度升高到居里点温度时，内电场受到破坏，导电电子无法越过位垒，表现为电阻值的急剧增加。负温度系数热敏电阻（NTC）的工作原理
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图5: 负温度系数热敏电阻
负温度系数热敏电阻一般以锰、钴、镍、铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的，这些金属氧化物材料都具有半导体性质。导电方式上完全类似于半导材料，当温度低时，氧化物材料的载流子数目少，所以热敏电阻阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，热敏电阻阻值降低。03、热敏电阻主要电气参数
热敏电阻的电气参数主要包含：标称阻值、额定功率、时间常数、材料常数（B值）、温度系数（а）、最大电压、最大电流等。标称阻值又称室温电阻值，是指在基准温度为25℃时零功率阻值，又被称为电阻值R25,是热敏电阻设计的电阻值，常在热敏电阻器表面标出。 ![]()
图6: 热敏电阻的电阻-温度曲线图
实际阻值（RT）是在一定温度条件下所测得的电阻值；最小阻值是零功率时温度特性曲线最低点的阻值；最大阻值是零功率时温度特性曲线最高点的阻值。与普通电阻相同，热敏电阻标准电阻具有容差，通常精度是±1%、±5%、±10%。温度变化导致电阻变化的系数，温度系数越大，热敏电阻对温度变化的反应越灵敏。温度系数是指环境温度变化1℃时热敏电阻阻值的相对变化量，知道某一个型号热敏电阻器的温度系数后，就可以估算出在相应温度下的实际阻值。它是一个描述热敏电阻材料物理特性的参数，也是热灵敏度指标，B值越大，表示热敏电阻的灵敏度越高。应注意的是在实际工作时，B值并非一个常数，而是随温度的升高略有增加，B值是衡量热敏电阻对温度敏感度的重要指标。 热敏电阻是有热惯性的，时间常数就是一个描述热敏电阻器热惯性的参数。它的定义为在无功耗的状态下，当环境温度由一个特定温度向另一个特定温度突变时，热敏电阻器阻值变化63.2%所需的时间，T越小表明热敏电阻的热惯性越小。在规定的技术条件下，热敏电阻长期连续负载所允许的耗散功率。在实际使用时不得超过额定功率，若热敏电阻工作的环境温度超过25℃，则必须相应降低其负载。对于负温度系数热敏电阻，是指在规定的环境温度下，不使热敏电阻器引起热失控所允许连续施加的最大电压；对于正负温度系数热敏电阻，是指在规定的环境温度和静止空气中，允许连续施加到热敏电阻上并保证热敏电阻器正常工作在热敏电阻特性部分的最大直流电压。热敏电阻的最大电流是在25℃环境下允许施加在热敏电阻的最大持续电流，指在最大工作电压下，允许通过热敏电阻的最大电流。耗散系数是指在规定的环境温度下，热敏电阻消耗功率变化与环境温度变化的比值。![]()
W是热敏电阻消耗的功率（mW）；T是热平衡时的温度（℃）；T0是周围环境温度（℃）； I是在温度为T时通过热敏电阻的电流（A）;R是在温度为T时热敏电阻的电阻值（Ω）。热敏电阻在传感器测温、温度的补偿、过热保护、液面测量等方面有着广泛的应用。热敏电阻在开关电源输入电路中应用也比较多，主要是用来防止开机浪涌大电流对系统造成破坏，常温时热敏电阻的阻值是KΩ级，电源接通后，流过热敏电阻的电流产生热量，温度上升，阻值下降：电源稳定时，热敏电阻的阻值降为几Ω甚至更低，不会消耗太多的能量。![]()
图7: 热敏电阻用于开关电源输入端浪涌防护
热敏电阻用于温度监测
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图8: 热敏电阻用于温度监测
