热敏电阻基础知识介绍
热敏电阻是开发早、品种多、开展较老练的灵敏元器材．热敏电阻由半导体陶瓷资料组成，使用的原理是温度引起电阻改变．若电子和空穴的浓度别离为n、p，迁移率别离为μn、μp，则半导体的电导为：
σ=q（nμn+pμp）
因为n、p、μn、μp都是依靠温度T的函数，所以电导是温度的函数，因而可由丈量电导而推算出温度的凹凸，并能做出电阻-温度特性曲线．这便是半导体热敏电阻的作业原理．
热敏电阻包含正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）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．热敏电阻的首要特点是：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℃的温度改变；②作业温度规模宽，常温器材适用于-55℃～315℃，高温器材适用温度高于315℃（现在最高可到达2000℃），低温器材适用于-273℃～55℃；③体积小，可以丈量其他温度计无法丈量的空地、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间恣意挑选；⑤易加工成杂乱的形状，可大批量生产；⑥安稳性好、过载能力强．
因为半导体热敏电阻有共同的功用，所以在使用方面，它不只可以作为丈量元件（如丈量温度、流量、液位等），还可以作为操控元件（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、军事科学、宇航等各个领域，开展前景极端宽广．
一、PTC热敏电阻
PTC（PosiTIve Temperature Coeff1Cient）是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻现象或资料，可专门用作安稳温度传感器．该资料是以BaTIO3或SrTIO3或PbTIO3为首要成分的烧结体，其间掺入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物进行原子价操控而使之半导化，常将这种半导体化的BaTiO3等资料简称为半导（体）瓷；一起还增加增大其正电阻温度系数的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他效果的增加物，选用一般陶瓷工艺成形、高温烧结而使钛酸铂等及其固溶体半导化，然后得到正特性的热敏电阻资料．其温度系数及居里点温度随组分及烧结条件（尤其是冷却温度）不同而改变．
钛酸钡晶体归于钙钛矿型结构，是一种铁电资料，纯钛酸钡是一种绝缘资料．在钛酸钡资料中加入微量稀土元素，进行恰当热处理后，在居里温度邻近，电阻率猛增几个数量级，发生PTC效应，此效应与BaTiO3晶体的铁电性及其在居里温度邻近资料的相变有关．钛酸钡半导瓷是一种多晶资料，晶粒之间存在着晶粒间界面．该半导瓷当到达某一特定温度或电压，晶体粒界就发生改变，然后电阻急剧改变．
钛酸钡半导瓷的PTC效应起因于粒界（晶粒间界）．关于导电电子来说，晶粒间界面相当于一个势垒．当温度低时，因为钛酸钡内电场的效果，导致电子极简单跳过势垒，则电阻值较小．当温度升高到居里点温度（即临界温度）邻近时，内电场受到破坏，它不能协助导电电子跳过势垒．这相当于势垒升高，电阻值忽然增大，发生PTC效应．钛酸钡半导瓷的PTC效应的物理模型有海望外表势垒模型、丹尼尔斯等人的钡缺位模型和叠加势垒模型，它们别离从不同方面临PTC效应作出了合理解说．
试验标明，在作业温度规模内，PTC热敏电阻的电阻-温度特性可近似用试验公式表明：
RT=RT0expBp（T-T0）
式中RT、RT0表明温度为T、T0时电阻值，Bp为该种资料的资料常数．
PTC效应起源于陶瓷的粒界和粒界间分出相的性质，并随杂质品种、浓度、烧结条件等而发生明显改变．最近，进入实用化的热敏电阻中有使用硅片的硅温度灵敏元件，这是体型且精度高的PTC热敏电阻，由n型硅构成，因其间的杂质发生的电子散射随温度上升而增加，然后电阻增加．
PTC热敏电阻于1950年呈现，随后1954年呈现了以钛酸钡为首要资料的PTC热敏电阻．PTC热敏电阻在工业上可用作温度的丈量与操控，也用于轿车某部位的温度检测与调理，还很多用于民用设备，如操控瞬间开水器的水温、空调器与冷库的温度，使用自身加热作气体剖析和风速机等方面．下面简介一例对加热器、马达、变压器、大功率晶体管等电器的加热和过热维护方面的使用。
PTC热敏电阻除用作加热元件外，一起还能起到“开关”的效果，兼有灵敏元件、加热器和开关三种功用，称之为“热敏开关”，如图2和3所示．电流经过元件后引起温度升高，即发热体的温度上升，当超越居里点温度后，电阻增加，然后约束电流增加，所以电流的下降导致元件温度下降，电阻值的减小又使电路电流增加，元件温度升高，循环往复，因而具有使温度保持在特定规模的功用，又起到开关效果．使用这种阻温特性做成加热源，作为加热元件使用的有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等，还可对电器起到过热维护效果．
二、NTC热敏电阻
NTC（Negative Temperature Coeff1Cient）是指随温度上升电阻呈指数联系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和资料．该资料是使用锰、铜、硅、鈷、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充沛混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷，可制成具有负温度系数（NTC）的热敏电阻．其电阻率和资料常数随资料成分份额、烧结气氛、烧结温度和结构状况不同而改变．现在还呈现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系NTC热敏电阻资料．
NTC热敏半导瓷大多是尖晶石结构或其他结构的氧化物陶瓷，具有负的温度系数，电阻值可近似表明为：
式中RT、RT0别离为温度T、T0时的电阻值，Bn为资料常数．陶瓷晶粒自身因为温度改变而使电阻率发生改变，这是由半导体特性决议的．
NTC热敏电阻器的开展阅历了绵长的阶段．1834年，科学家初次发现了硫化银有负温度系数的特性．1930年，科学家发现氧化亚铜-氧化铜也具有负温度系数的功用，并将之成功地运用在航空仪器的温度补偿电路中．随后，因为晶体管技能的不断开展，热敏电阻器的研讨获得重大进展．1960年研发出了N1C热敏电阻器．NTC热敏电阻器广泛用于测温、控温、温度补偿等方面．下面介绍一个温度丈量的使用实例，NTC热敏电阻测温用原理如图4所示．
它的丈量规模一般为-10～+300℃，也可做到-200～+10℃，乃至可用于+300～+1200℃环境中作测温用．RT为NTC热敏电阻器；R2和R3是电桥平衡电阻；R1为开始电阻；R4为满刻度电阻，校验表头，也称校验电阻；R7、R8和W为分压电阻，为电桥供给一个安稳的直流电源．R6与表头（微安表）串联，起批改表头刻度和约束流经表头的电流的效果．R5与表头并联，起维护效果．在不平衡电桥臂（即R1、RT）接入一只热敏元件RT作温度传感探头．因为热敏电阻器的阻值随温度的改变而改变，因而使接在电桥对角线间的表头指示也相应改变．这便是热敏电阻器温度计的作业原理．
热敏电阻器温度计的精度可以到达0.1℃，感温时刻可少至10s以下．它不只适用于粮仓测温仪，一起也可使用于食物贮存、医药卫生、科学种田、海洋、深井、高空、冰川等方面的温度丈量．
三、CTR热敏电阻
临界温度热敏电阻CTR（Crit1Cal Temperature Resistor）具有负电阻突变特性，在某一温度下，电阻值随温度的增加激剧减小，具有很大的负温度系数．构成资料是钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合烧结体，是半玻璃状的半导体，也称CTR为玻璃态热敏电阻．突变温度随增加锗、钨、钼等的氧化物而变．这是因为不同杂质的掺入，使氧化钒的晶格距离不同形成的．若在恰当的复原气氛中五氧化二钒变成二氧化钒，则电阻剧变温度变大；若进一步复原为三氧化二钒，则剧变消失．发生电阻剧变的温度对应于半玻璃半导体物性剧变的方位，因而发生半导体-金属相移．CTR可以作为控温报警等使用．
热敏电阻的理论研讨和使用开发已获得了有目共睹的效果．跟着高、精、尖科技的使用，对热敏电阻的导电机理和使用的更深层次的探究，以及对功用优秀的新资料的深入研讨，将会获得迅速开展．
