热敏电阻.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流热敏电阻.精品文档.热敏电阻热敏电阻是开发早、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n、p，则半导体的电导为：=q（nn+pp）因为n、p、n、p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，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，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：灵敏度较高，其电阻温度系数

2、要比金属大10100倍以上，能检测出10-6的温度变化；工作温度范围宽，常温器件适用于-55315，高温器件适用温度高于315（目前最高可达到2000），低温器件适用于-27355；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；使用方便，电阻值可在0.1100k间任意选择；易加工成复杂的形状，可大批量生产；稳定性好、过载能力强由于半导体热敏电阻有独特的性能，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、军事科学、宇航等各个领域，发展前景极其广阔一、PTC热

3、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材料，可专门用作恒定温度传感器该材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为主要成分的烧结体，其中掺入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物进行原子价控制而使之半导化，常将这种半导体化的BaTiO3等材料简称为半导（体）瓷；同时还添加增大其正电阻温度系数的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采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，从而得到正特性的热敏电阻材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

4、温度）不同而变化钛酸钡晶体属于钙钛矿型结构，是一种铁电材料，纯钛酸钡是一种绝缘材料在钛酸钡材料中加入微量稀土元素，进行适当热处理后，在居里温度附近，电阻率陡增几个数量级，产生PTC效应，此效应与BaTiO3晶体的铁电性及其在居里温度附近材料的相变有关钛酸钡半导瓷是一种多晶材料，晶粒之间存在着晶粒间界面该半导瓷当达到某一特定温度或电压，晶体粒界就发生变化，从而电阻急剧变化钛酸钡半导瓷的PTC效应起因于粒界（晶粒间界）对于导电电子来说，晶粒间界面相当于一个势垒当温度低时，由于钛酸钡内电场的作用，导致电子极容易越过势垒，则电阻值较小当温度升高到居里点温度（即临界温度）附近时，内电场受到破坏，它不能帮

5、助导电电子越过势垒这相当于势垒升高，电阻值突然增大，产生PTC效应钛酸钡半导瓷的PTC效应的物理模型有海望表面势垒模型、丹尼尔斯等人的钡缺位模型和叠加势垒模型，它们分别从不同方面对PTC效应作出了合理解释实验表明，在工作温度范围内，PTC热敏电阻的电阻-温度特性可近似用实验公式表示：RT=RT0expBp（T-T0）式中RT、RT0表示温度为T、T0时电阻值，Bp为该种材料的材料常数PTC效应起源于陶瓷的粒界和粒界间析出相的性质，并随杂质种类、浓度、烧结条件等而产生显著变化最近，进入实用化的热敏电阻中有利用硅片的硅温度敏感元件，这是体型且精度高的PTC热敏电阻，由n型硅构成，因其中的杂质产生的

6、电子散射随温度上升而增加，从而电阻增加PTC热敏电阻于1950年出现，随后1954年出现了以钛酸钡为主要材料的PTC热敏电阻PTC热敏电阻在工业上可用作温度的测量与控制，也用于汽车某部位的温度检测与调节，还大量用于民用设备，如控制瞬间开水器的水温、空调器与冷库的温度，利用本身加热作气体分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保护方面的应用。PTC热敏电阻除用作加热元件外，同时还能起到“开关”的作用，兼有敏感元件、加热器和开关三种功能，称之为“热敏开关”，如图2和3所示电流通过元件后引起温度升高，即发热体的温度上升，当超过居里点温度后，电阻增加，从而限

7、制电流增加，于是电流的下降导致元件温度降低，电阻值的减小又使电路电流增加，元件温度升高，周而复始，因此具有使温度保持在特定范围的功能，又起到开关作用利用这种阻温特性做成加热源，作为加热元件应用的有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等，还可对电器起到过热保护作用二、NTC热敏电阻NTC（Negative Temperature Coeff1Cient）是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、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材料常数随材料成分比例

8、、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系NTC热敏电阻材料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，电阻值可近似表示为：式中RT、RT0分别为温度T、T0时的电阻值，Bn为材料常数陶瓷晶粒本身由于温度变化而使电阻率发生变化，这是由半导体特性决定的NTC热敏电阻器的发展经历了漫长的阶段1834年，科学家首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性能，并将之成功地运用在航空仪器的温度补偿电路中随后，由于晶体管技术的不断发展，热敏电阻器的研究取得重大进展1960年研

9、制出了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测量的应用实例，NTC热敏电阻测温用原理如图4所示它的测量范围一般为-10+300，也可做到-200+10，甚至可用于+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为起始电阻；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，为电桥提供一个稳定的直流电源R6与表头（微安表）串联，起修正表头刻度和限制流经表头的电流的作用R5与表头并联，起保护作用在不平衡电桥臂（即R1、RT）接入一只热敏元件RT作温度传感探头由于热敏电阻器的阻值随温度的变化而变化，因而

10、使接在电桥对角线间的表头指示也相应变化这就是热敏电阻器温度计的工作原理热敏电阻器温度计的精度可以达到0.1，感温时间可少至10s以下它不仅适用于粮仓测温仪，同时也可应用于食品储存、医药卫生、科学种田、海洋、深井、高空、冰川等方面的温度测量三、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材料是钒、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为玻璃态热敏电阻骤变温度随添加锗、钨、钼等的氧化物而变这是由于不同杂质的掺入，使氧化钒的晶格间隔不

11、同造成的若在适当的还原气氛中五氧化二钒变成二氧化钒，则电阻急变温度变大；若进一步还原为三氧化二钒，则急变消失产生电阻急变的温度对应于半玻璃半导体物性急变的位置，因此产生半导体-金属相移CTR能够作为控温报警等应用热敏电阻的理论研究和应用开发已取得了引人注目的成果随着高、精、尖科技的应用，对热敏电阻的导电机理和应用的更深层次的探索，以及对性能优良的新材料的深入研究，将会取得迅速发展什么是ptc热敏电阻 热敏电阻原理作者:佚名 来源:不详 录入:Admin 更新时间：2008-7-27 15:34:18 点击数：6 【字体： 】什么是ptc热敏电阻PTC是一种半导体发热陶瓷，当外界温度降低，PTC

12、的电阻值随之减小，发热量反而会相应增加。 PTC的工作原理 PTC热敏电阻(正温度系数热敏电阻)是一种具温度敏感性的半导体电阻,一旦超过一定的温度(居里温度) 时,它的电阻值随着温度的升高几乎是呈阶跃式的增高.PTC热敏电阻本体温度的变化可以由流过PTC热敏电阻的电流来获得,也可以由外界输入热量或者这二者的叠加来获得. 陶瓷材料通常用作高电阻的优良绝缘体,而陶瓷PTC热敏电阻是以钛酸钡为基, 掺杂其它的多晶陶瓷材料制造的,具有较低的电阻及半导特性.通过有目的的掺杂一种化学价较高的材料作为晶体的点阵元来达到的:在晶格中钡离子或钛酸盐离子的一部分被较高价的离子所替代,因而得到了一定数量产生导电性的

13、自由电子. 对于PTC热敏电阻效应,也就是电阻值阶跃增高的原因,在于材料组织是由许多小的微晶构成的 , 在晶粒的界面上,即所谓的晶粒边界(晶界)上形成势垒,阻碍电子越界进入到相邻区域中去, 因此而产生高的电阻.这种效应在温度低时被抵消:在晶界上高的介电常数和自发的极化强度在低温时阻碍了势垒的形成并使电子可以自由地流动.而这种效应在高温时,介电常数和极化强度大幅度地降低, 导致势垒及电阻大幅度地增高,呈现出强烈的PTC效应. PTC热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件PTC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n、p，则

14、半导体的电导为：=q（nn+pp）因为n、p、n、p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，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，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PTC热敏电阻的主要特点是：灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10100倍以上，能检测出10-6的温度变化；工作温度范围宽，常温器件适用于- 55315，高温器件适用温度高于315（目前最高可达到2000），低温器件适用于-27355；体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生

15、物体内血管的温度；使用方便，电阻值可在0.1100k间任意选择；易加工成复杂的形状，可大批量生产；稳定性好、过载能力强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材料，可专门用作恒定温度传感器该材料是以BaTiO3或 SrTiO3或PbTiO3为主要成分的烧结体，其中掺入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物进行原子价控制而使之半导化，常将这种半导体化的BaTiO3等材料简称为半导（体）瓷；同时还添加增大其正电阻温度系数的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采用一般陶

16、瓷工艺成形、高温烧结而使钛酸铂等及其固溶体半导化，从而得到正特性的PTC热敏电阻材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）不同而变化PTC热敏电阻于1950年出现，随后1954年出现了以钛酸钡为主要材料的PTC热敏电阻PTC热敏电阻在工业上可用作温度的测量与控制，也用于汽车某部位的温度检测与调节，还大量用于民用设备，如控制瞬间开水器的水温、空调器与冷库的温度，利用本身加热作气体分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保护方面的应用。PTC热敏电阻除用作加热元件外，同时还能起到“开关”的作用，兼有敏感元件、加热器和开关三种功能，称之为

17、“热敏开关”，如图2和3所示电流通过元件后引起温度升高，即发热体的温度上升，当超过居里点温度后，电阻增加，从而限制电流增加，于是电流的下降导致元件温度降低，电阻值的减小又使电路电流增加，元件温度升高，周而复始，因此具有使温度保持在特定范围的功能，又起到开关作用利用这种阻温特性做成加热源，作为加热元件应用的有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等，还可对电器起到过热保护作用当电路处于正常状态时，通过过载保护用PTC热敏电阻的电流小于额定电流，过载保护用PTC热敏电阻处于常态，阻值很小，不会影响被保护电路的正常工作。当电路出现故障，电流大大超过额定电流时，过载保护用PTC热敏电阻陡然发热，呈高阻态，使电路

18、处于相对断开状态，从而保护电路不受破坏。当故障排除后，过载保护用PTC热敏电阻亦自动回复至低阻态，电路恢复正常工作。图2为电路正常工作时的伏-安特性曲线和负载曲线示意图，由A点到B点，施加在PTC热敏电阻上的电压逐步升高，流过PTC热敏电阻的电流也线性增加，表明PTC热敏电阻的电阻值基本不变，即保持在低电阻态；由B点到E点，电压逐步升高，PTC热敏电阻由于发热而电阻迅速增大，流过PTC热敏电阻的电流的也迅速降低，表明PTC热敏电阻进入保护状态。正常的负载曲线低于B点，PTC热敏电阻就不会进入保护状态。通常而言有三种过流过热保护的类型：1、电流过载（图3）：RL1为正常工作时的负载曲线，当负载阻值减少，如变压器线路短路，负载曲线由RL1变为RL2，超过B点， PTC热敏电阻器进入保护状态；2、电压过载（图4）：电源电压增加，如220V电源线突然升到380V，负载曲线由RL1变为RL2，超过B点， PTC热敏电阻器进入保护状态； 3、温度过热（图5）：当环境温度升高超过一定限度，PTC热敏电阻器伏-安特性曲线由A-B-E变成A-B1-F，负载曲线RL超过B1点，PTC热敏电阻器进入保护状态；