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,热敏电阻厂商,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,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℃(目前可达到2000℃),负温度热敏电阻,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、科学、宇航等各个领域,发展前景***广阔
负温度系数(NTC)电阻
NTC是NegaTIve Temperature Coefficent 的缩写,意思是负的温度系数,泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件,所谓NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。
它是以锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、铝(Al)、锌(Zn)等两种或者两种以上高纯度金属氧化物为主要材料, 经共同沉淀或水热法合成的纳米粉体材料,后经球磨充分混合、静压成型、高温烧结、半导体切片、划片、玻封烧结或环氧包封等封结工艺制成的,接近理论密度结构的,半导体电子陶瓷材料。这些金属氧化物材料都具有半导体性质,因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。
它具有电阻值随着温度的变化而相应变化的特性。温度低时,这些氧化物材料的载流子(电子和孔穴)数目少,所以其电阻值较高;随着温度的升高,载流子数目增加,所以电阻值降低。
热敏电阻(Thermistor)是一种传感器电阻,其电阻值随着温度的变化而变化,其体积随温度的变化比一般的固定电阻要大很多。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,通常是-90℃~130℃。和热敏电阻类似的有使用纯金属(RTD)制作的电阻温度计,适用于较大的温度范围。
假设温度和电阻的变化为线性,热敏电阻和温度之间有关系式:
?R=K?T
其中,K称为温度系数,玻封热敏电阻,热敏电阻根据温度系数K分为两类:
K为正值,电阻值随着温度的升高而增大,称为正温度系数热敏电阻(PTC);
K为负值,电阻值随着温度的升高而减小,称为负温度系数热敏电阻(NTC)