熱敏電阻器的原理與作用

普通電阻器的阻值受溫度變化影響很小，但是熱敏電阻器完全不同，它的阻值隨溫度的變化而變化。熱敏電阻器是敏感元件的一類，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)和負溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)。熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)在溫度越高時電阻值越大，負溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。下面來簡單介紹一下。

1.特點

(1)穩(wěn)定性好、過載能力強;

(2)易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn);

(3)使用方便，電阻值可在0.1～100kΩ間任意選擇;

(4)體積小，能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度;

(5)靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10～100倍以上，能檢測出10-6℃的溫度變化。

2.工作原理

熱敏電阻器是一種傳感器電阻，熱敏電阻器的電阻值，隨著溫度的變化而改變，與一般的固定電阻不同。金屬的電阻值隨植度的升高而增大，但半導(dǎo)體則相反，它的電阻值隨溫度的升高而急劇減小，并呈現(xiàn)非線性，如下圖所示。

溫度特性曲線圖

由圖可知，在溫度變化相同時，熱敏電阻器的阻值變化約為鉛熱電阻的10倍，因此可以說，熱敏電阻器對溫度的變化特別敏感。半導(dǎo)體的這種溫度特性.是因為半導(dǎo)體的導(dǎo)電方式是載流子(電子、空穴)導(dǎo)電。由于半導(dǎo)體中載流子的數(shù)目遠比金屬中的自由電子少得多，所以它的電阻率很大。隨著溫度的升高，半導(dǎo)體中參加導(dǎo)電的載流子數(shù)目就會增多，故半導(dǎo)體導(dǎo)電率就增加，它的電阻率也就降低了。

熱敏電阻器正是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的熱敏元件。它是由某些金屬氧化物按不同的配方制成的。在一定的溫度范圍內(nèi)，根據(jù)測量熱敏電阻阻值的變化，便可知被測介質(zhì)的溫度變化。

將熱敏電阻器安裝在電路中使用時，熱敏電阻器在環(huán)境溫度相同時，動作時間隨著電流的增加而急劇縮短;熱敏電阻器在環(huán)境溫度相對較高時具有更短的動作時間和較小的維持電流及動作電流。當(dāng)電路正常工作時，熱敏電阻器溫度與室溫相近、電阻很小，串聯(lián)在電路中不會阻礙電流通過;而當(dāng)電路因故障而出現(xiàn)過電流時，熱敏電阻器由于發(fā)熱功率增加導(dǎo)致溫度上升，當(dāng)溫度超過開關(guān)溫度時，電阻瞬間會劇增，回路中的電流迅速減小到安全值。

3.作用

3.1測溫

作為測量溫度的熱敏電阻傳感器一般結(jié)構(gòu)較簡單，價格較低廉。沒有外面保護層的熱敏電阻只能應(yīng)用在干燥的地方;密封的熱敏電阻不怕濕氣的侵蝕、可以使用在較惡劣的環(huán)境下。由于熱敏電阻傳感器的阻值較大，故其連接導(dǎo)線的電阻和接觸電阻可以忽略，因此熱敏電阻傳感器可以在長達幾千米的遠距離測量溫度中應(yīng)用，測量電路多采用橋路。

3.2溫度補償

熱敏電阻傳感器可在一定的溫度范圍內(nèi)對某些元器件濕度進行補償。例如，動圈式儀表表頭中的動圈由銅線繞制而成，溫度升高，電阻增大，引起溫度的誤差。因而可以在動圈的回路中將負溫度系數(shù)的熱敏電阻與錳銅絲電阻并聯(lián)后再與被補償元器件串聯(lián)，從而抵消內(nèi)于溫度變化所產(chǎn)生的誤差。

3.3過熱保護

過熱保護分直接保護利間接保護。對小電流場合，可把熱敏電阻傳感器直接串人負載中，防止過熱損壞以保護器件，對大電流場合，可用于對繼電器、晶體管電路等的保護。例如，在電動機的定子繞組中嵌入突變型熱敏電阻傳感器并與繼電器串聯(lián)，當(dāng)電動機過載時，定子電流增大，引起發(fā)熱。當(dāng)溫度大于突變點時，電路中的電流可以內(nèi)十分之幾毫安突變?yōu)閹资涟?，因此繼電器動作，從而實現(xiàn)過熱保護。

3.4液面測量

給NTC熱敏電阻傳感器施加一定的加熱電流，它的表面溫度將高于周圍的空氣溫度，此時它的阻值較小。當(dāng)液而高于它的安裝高度時，液體將帶走它的熱量，使之溫度下降、阻值升高。判斷它的阻值變化，就可以知道液面是否低于設(shè)定值。汽車油箱中的油位報警傳感器就是利用以上原理制作的。

以上就是熱敏電阻器的原理與作用介紹了。由于半導(dǎo)體熱敏電阻有獨特的性能，所以在應(yīng)用方面它不僅可以作為測量元件，還可以作為控制元件和電路補償元件。熱敏電阻器廣泛用于家用電器、電力工業(yè)、通訊、軍事科學(xué)、宇航等各個領(lǐng)域，發(fā)展前景極其廣闊。

審核編輯：湯梓紅