热敏电阻

定义与材料

热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度显著变化这一特性制成的热敏元件，其特点是电阻率随温度而显著变化。它通常由某些金属氧化物（如NiO、MnO₂、CuO、TiO₂等）采用不同比例配方，经高温烧结而成；PTC热敏电阻也可采用BaTiO₃等材料。它主要由敏感元件、引线和壳体组成。

与金属热电阻的比较

热敏电阻与热电阻相比，具有以下特点：

• 电阻值和电阻温度系数大、灵敏度高（在相同温区、相同阻值定义下，其电阻温度系数可比金属热电阻大1~2个数量级；不能与未经归一的热电偶电压斜率直接统一排序）；
• 体积小（最小直径可达0.1~0.2mm，可用来测量“点温”）；
• 结构简单坚固，能承受较大的冲击、振动；
• 热惯性小、响应速度快，适用于快速变化的测量场合；
• 使用方便，寿命长，易于实现远距离测量（本身阻值一般较大，无需考虑引线电阻对测量结果的影响）。

主要缺点是互换性较差，同一型号的产品特性参数有较大差别，稳定性较差，非线性严重，且不能在高温下使用。

热敏电阻的测温范围一般为-50～350℃，可用于液体、气体、固体、高空气象、深井等方面对温度测量精度要求不高但快速、灵敏的场合。

分类与温度特性

根据半导体的电阻-温度特性，热敏电阻可分为三类：

NTC（负温度系数热敏电阻）：大多数热敏电阻具有负温度系数，温度越高阻值越小，且有明显的非线性。其阻值与温度的关系可表示为

式中 $R_t$、$R_0$ 分别为温度 $t$（K）和 $t_0$（K）时的电阻值；$B$ 为热敏电阻的材料常数，单位为K，由材料、工艺及结构决定，$B$ 一般在1500~6000K之间；$t_0=273.15\mathrm{K}$，即0℃时的绝对温度。NTC热敏电阻具有很高的负电阻温度系数，特别适用于 $-100\sim 300{}^{\circ }\mathrm{C}$ 之间测温。

PTC（正温度系数热敏电阻）：阻值随温度升高而增大，且有斜率最大的区域，当温度超过某一数值时，电阻值朝正的方向快速变化。其阻值与温度的关系可表示为

式中 $R_t$、$R_0$ 分别为温度 $t$（K）和 $t_0$（K）时的电阻值；$A$ 为热敏电阻的材料常数，单位为 ${\mathrm{K}}^{-1}$；$t_0=273.15\mathrm{K}$。该式仅在限定PTC材料、窄温区且 $A$ 近似恒定时近似成立，不能作为所有烧结PTC跨越突变区的通式。PTC的用途主要是彩电消磁、各种电器设备的过热保护等。

CTR（临界温度系数热敏电阻）：也具有负温度系数，但在某个温度范围内电阻值急剧下降，曲线斜率在此区段特别陡，灵敏度极高。主要用作温度开关。

结构与封装外形

根据使用要求，热敏电阻可制成珠状、片状、杆状、垫圈状等各种形状，其直径或厚度约为1mm，长度往往不到3mm。常见封装结构包括玻璃管形、柱形、二极管形、松叶状（针状）、圆片形、片形、玻璃管状和珠状等。

使用注意事项

各种热敏电阻的阻值在常温下很大，通常都在数千欧以上，连接导线的阻值（最多不过10Ω）在常温附近通常对测温影响很小，一般不必采用三线制或四线制接法，给使用带来方便。但引线误差是否可忽略取决于全温区最小阻值与误差预算：在高温段热敏电阻阻值可能显著减小，若要求高精度，仍需评估引线电阻影响。

另外，热敏电阻的阻值随温度改变显著，只要很小的电流流过热敏电阻，就能产生明显的电压变化，而电流对热敏电阻自身有加热作用，所以应注意不要使电流过大，防止带来测量误差（即“自热误差”）。

应用

温度控制：利用热敏电阻作为测温元件，进行自动控制温度的电加热器。测温用的热敏电阻RT作为偏置电阻接在差分放大器电路内，当温度变化时热敏电阻阻值变化，引起电路参数变化，最终控制晶闸管导通角，调节加热功率，确保温度回到设定值。

管道流量测量：将热敏电阻RT₁放在被测流量管道中，RT₂放在不受流体干扰的容器内，与普通电阻组成电桥。流体静止时电桥平衡；流体流动时，介质的流速、流量、密度等改变散热条件，使RT₁和RT₂散热情况不同，RT₁因温度变化引起阻值变化，电桥失去平衡，电流表有指示，测量结果反映流量的变化。

其他应用：半导体热敏电阻传感器应用范围广泛，可用于宇宙航天、医学、工业及家用电器等领域，功能涵盖测温、控温、温度补偿、流速测量及液面指示等。