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科普:热敏电阻的作用

返回列表 来源:华芯霍尔元件 浏览:0 发布日期:2021-11-16 09:20:44【

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;

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℃(目前最高可达到2000℃)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独特的性能,所以在应用方面它不仅可以作为测量组件(如测量温度、流量、液位等),还可以作为控制组件(如热敏开关、限流器)和电路补偿组件。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热敏电阻的作用

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(尤其是冷却温度)不同而变化。

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。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迭加势垒模型,它们分别从不同方面对PTC效应作出了合理解释。

PTC热敏电阻除用作加热组件外,同时还能起到“开关”的作用,兼有敏感组件、加热器和开关三种功能,称之为“热敏开关”。电流通过组件后引起温度升高,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组件温度降低,电阻值的减小又使电路电流增加,组件温度升高,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,作为加热组件应用的有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等,还可对电器起到过热保护作用。

二、NTC热敏电阻的作用

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。它的其电阻率和材料常数随材料成分比例、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。

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工医药卫生、科学种田、海洋、深井、高空、冰川等方面的温度测量。

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