热敏电阻相关知识

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热是人类最早发现的一种自然力，是地球上一切生命的源泉。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　—恩格斯

温度的定义和热机的研制

1、对温度的研究

　　1593年，伽利略利用空气热胀冷缩的性质，制成了温度计的雏形。

　　1702年，阿蒙顿制成空气温度计，但不准确。

　　1724年，荷兰工人华伦海特在他的论文中，建立了华氏温标，首先使用水银代替酒精。

　　1742年瑞典的摄尔修斯定义水的沸点为零度，冰的熔点为100度，后施勒默尔将两个固定点倒过来，建立了摄氏温标。

　　1779年，全世界有温标19种。

　　1854年，开尔文提出开氏温标，得到世界公认。

2.热机的发展

  “蒸汽机是一个真正的国际发明，而这个事实又证实了一个巨大的历史进步。”

  1695年，法国人巴本第一个发明蒸汽机，但操作不便，不安全。

  1705年，钮科门和科里制造了新蒸汽机，有一定实用价值，但用水冷却气缸，能量损失很大。

  1769年，英国技工瓦特改进了钮科门机，加了冷凝器，使机器运作由断续变连续，从而蒸汽机的使用价值大大提高，导致了欧洲的工业**。

  1785年，热机被应用于纺织。

  1807年，热机被美国人富尔顿应用于轮船，1825年被用于火车和铁路。

3、量热学和热传导理论的建立

　　在18世纪前半叶，人们对什么是温度，什么是热量的概念含糊不清，热学要发展，有关热学的一系列概念就需要有科学的定义。

　　经彼得堡院士里赫曼于1744年开始，英国人布拉克和他的学生伊尔文等逐步工作，终于在1780年前后，温度、热量、热容量、潜热等一系列概念都已形成。

4.热本性说的争论

1）认为热是一种物质，即热质说。代表人物：伊壁鸠鲁、付里叶、卡诺。

2） 认为热是物体粒子的内部运动。代表人物：笛卡尔、胡克、罗蒙诺索夫，伦福德。他们认为：“尽管看不到，也不能否定分子运动是存在的。”第三节分子运动论的发展。

一、早期的分子运动论                              

　　1）德莫克里特（公元前460-前371）：认为物质皆由各种不同微粒组成。

　　2）1658年，伽桑狄提出，物质是由分子构成的。

二、克劳修斯的理想气体分子模型

　　1857年发表《论热运动的类型》的文章，以十分明晰和信服的推理，建立了理想气体分子模型和压强公式，引入了平均自由程的概念。

三、麦克斯韦的贡献                                 

　　1860年，麦克斯韦发表了《气体动力论的说明》，第一次用概率的思想，建立了麦克斯韦分子速率分布律。

四、玻尔兹曼的工作

在麦氏速率分布率的基础上，第一次考虑了重力对分子运动的影响，建立了更全面的玻尔兹曼分布律，建立了知名过程方向性的玻尔兹曼H定理，建立了玻尔兹曼熵公式。

五、统计物理学的创立

　　在克劳修斯、麦克斯韦、玻尔兹曼研究的基础上，吉布斯提出：“热力学的发现基础建立在力学的一个分支上”，吉布斯由此建立了统计力学。

　　1902年发表了《统计力学的基本理论》，建立了完整的“系综理论”。

吉布斯（1839-1903）：美国物理学家、化学家。

　　吉布斯1858年毕业于耶鲁大学，1863年获博士学位，并在耶鲁大学任教，后到法国、德国留学，1871年起一直任耶鲁大学数学物理教授。

　　吉布斯被美国科学院及欧洲14个科学机构选为院士或通讯院士。1881年获美国最高科学奖——冉福特奖。1897年被选为英国皇家学会会员。

吉布斯是统计物理和现代化学热力学的开创者。在统计物理学方面引进了“系综”的概念，奠定了统计系综理论。

电阻

中文名称：电阻

英文名称：Resistance

定义1：电阻，因为物质对电流产生的阻碍作用，所以称其该作用下的电阻物质。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。没有电阻或电阻很小的物质称其为电导体，简称导体。不能形成电流传输的物质称为电绝缘体，简称绝缘体。

           

方形线绕电阻　

　

贴片电阻SMT

超导体

　　在电能传输过程中，由于导线电阻的存在，都要产生热效应，白白地消耗了电能，还在物理学中，用电阻（Resistance）来表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件。　　电阻元件的电阻值大小一般与温度，材料，长度，还有横截面积有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。　　电阻是所有电子电路中使用最多的元件。

控制电阻大小的因素

电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，还与导体长度、粗细、材料有关。衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。多数（金属）的电阻随温度的升高而升高，一些半导体却相反。如：玻璃，碳在温度一定的情况下，有公式R=ρl/s其中的ρ就是电阻率，l为材料的长度，单位为m，s为面积，单位为m^2。可以看出，材料的电阻大小正比于材料的长度，而反比于其面积。

阻值标法

　　电阻的阻值标法通常有色环法，数字法。色环法在一般的的电阻上比较常见。

色环法

　　所谓色环法既是用不同颜色的色标来表示电阻参数。色环电阻有4个色环的，也有5个色环的，各个色环所代表的意义如下。（详细见彩色上图）　　

颜色	数值	倍成数	公差
黑色	0	x 1	——
棕色	1	x 10	正负1%
红色	2	x 100	正负2%
橙色	3	x 1000	——
**	4	x 10000	——
绿色	5	x 100000	正负0.5%
蓝色	6	x 1000000	正负0.25%
紫色	7	x 10000000	正负0.10%
灰色	8	——	正负0.05%
白色	9	——	——
金色	——	x 0.1	正负5%
银色	——	x0.01	正负10%
无色环	——	——	正负20%

热敏电阻  历史版本

中文名称：热敏电阻

英文名称：thermistor

定义1：

对热敏感的半导体电阻。其阻值随温度变化的曲线呈非线性。

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μn、μp，则半导体的电导为：　σ=q（nμn+pμp）

热敏电阻种类和型号选用

2008-11-30 11:35

是电阻值对温度极为敏感的一种电阻器，也叫半导体热敏电阻器。它可由单晶、多晶以及玻璃、塑料等半导体材料制成。这种电阻器具有一系列特殊的电性能，最基本的特性是其阻值随温度的变化有极为显著的变化，以及伏安曲线呈非线性。

取一只 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为（P=U2/R）484 。

热敏电阻的检测

检测时，用万用表欧姆档(视标称电阻值确定档位，一般为R×1挡)，具体可分两步操作：首先常温检测(室内温度接近25℃)，用鳄鱼夹代替表笔分别夹住PTC热敏电阻的两引脚测出其实际阻值，并与标称阻值相对比，二者相差在±2Ω内即为正常

热敏电阻

热敏电阻

供应电站专用热电偶

      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．

       热敏电阻器种类繁多，一般按阻值温度系数可分为负电阻温度系数（以下简称负温系数）和正电阻温度系数（以下简称正温系数）热敏电阻器；按其阻值随温度变化的大小可分为缓变和突变型；按其受热方式可分为直热式和旁热式；按其工作温度范围可分为常温、高温和超低温热敏电阻器；按其结构分类有棒状、圆片、方片、垫圈状、球状、线管状、薄膜以及厚膜等热敏电阻器。

       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，能检测出10-6℃的温度变化；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．

电阻值与温度变化具有良好的线性关系；电阻温度系数要大，便于精确测量；电阻率高，热容量小，响应速度快；在测温范围内具有稳定的物理和化学性能；材料质量要纯，容易加工复制，价格便宜。

      热敏电阻器的主要特点是对温度灵敏度高，热惰性小，寿命长，体积小，结构简单，以及可制成各种不同的外形结构。因此，随着工农业生产以及科学技术的发展，这种元件已获得了广泛的应用，如温度测量、温度控制、温度补偿、液面测定、气压测定、火灾报警、气象探空、开关电路、过荷保护、脉动电压抑制、时间延迟、稳定振幅、自动增益调整、微波和激光功率测量等等。

　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材料，可专门用作恒定温度传感器．

         非线性型PTC的温度特性                                                            （PTC热敏陶瓷的温度特性）  

            

　

          PTC热敏电阻内部结构

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．

                                        CTR热敏电阻应用

应用
　　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．

2.63能否举一些例子说明NTCR的应用？

NTCR的应用举例

  

右图是NTC热敏电阻器吸收浪涌电流对比曲线，使用功率型NTCR前为虚线，使用功率型NTCR后为实线。

附NTC热敏电阻外形

2.60NTCR的封装形式有哪些？

NTCR有圆片型、珠型、铠装型、厚膜型、簧片型等不同的封装形式。近年正在发展贴片型工艺，具有从0402到1206标准尺寸的多种封装，能够很方便地应用到各种超小型电路中。

SMD系列热敏电阻

贴片式NTC热敏电阻

10kΩNTC

小型NTC热敏电阻

带孔簧片式NTC热敏电阻

2.59NTCR的基本特性有哪些？

1.NTCR温度特性曲线

    NTCR的温度特性曲线为负指数曲线。NTCR的阻值在小范围内随温度的变化可以近似地用如下公式表达

式中，R25C是热敏电阻在25℃时的阻值；B是热敏电阻材料的开尔文常数，有时也简称为B值；t是热敏电阻的实际摄氏温度。B值反映了两个温度之间的电阻变化规律，B值越大，灵敏度越高。

2.58什么叫做NTC效应？

NTC效应及NTCR的工作机理

NTC热敏电阻内部结构

2.NTC热敏电阻的基本物理特性参数

（1）B值及B值误差

B值是NTC 热敏电阻器的热敏指数，被定义为两个温度下零功率电阻值的自然对数之差与这两温度倒数之差的比值，一般用K作为单位。

25℃时阻值为50kΩ，B值(25℃/50℃)为4300K的NTCR

B值误差涉及NTCR的互换性。对于标称电阻值精度为±1%的NTCR，B值对应误差为±1%，其余B值误差为±2%。对于阻值误差范围在±2%的NTCR产品，其一致性、互换性良好。B值越大，残余电阻越小，工作时温升越小。

（2）最大额定功率

最大额定功率是指在环境温度为＋25℃（或可在有关详细规范中规定的温度下），能长时间地施加到热敏电阻上的最大功耗，当环境温度超过＋25℃时，额定功率必须线性地减少，在t L处降到零。

最大额定功率曲线

（3）耗散系数δ(mW/℃)

耗散系数是指热敏电阻消耗的功率与环境温度变化之比，δ值越大，受流过NTC热敏电阻自身的电流影响就越小。一般地说，时间常数与耗散系数的乘积愈大，则表示电阻器的热容量愈大，电阻器抑制浪涌电流的能力亦愈强。

（4）额定电流：I：

在工作温度为T时，通过热敏电阻的电流。

PTC50欧功率型热敏电阻

      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．　　　

热电阻温度传感器

热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。典型的热阻式传感器如图2所示。

表2给出了铜热电阻的分度表。

表2 铜热电阻分度表（R=50欧）
温度/℃	-50	-40	-30	-20	-10	0	10	20	30	40	50
电阻/Ω	39.24	41.40	43.55	45.70	47.85	50.00	52.14	45.28	56.42	58.56	60.70
温度/℃	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150
电阻/Ω	62.84	64.98	67.12	69.26	71.40	73.54	75.68	77.83	79.98	82.13

热电阻式温度传感器的优点:电阻温度系数大，灵敏度高；电阻率高，热惯性小；结构简单。
热电阻式温度传感器的缺点:阻值与温度变化呈非线性；稳定性和互换性差。

非接触式电热传感器非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随温度的变化而变化的原理。物体辐射能量的大小与温度有关,当选择合适的接收检测装置时,便可测得被测对象发出的热辐射能量并且转换成可测量和显示的各种信号,实现温度的测量。这类测温方法的温度传感器主要有光电高温传感器、红外辐射温度传感器、光纤高温传感器等。测量范围600—6000度。 红外辐射温度传感器如图3所示。

图3 红外辐射温度传感器

温度传感器的选择主要是根据测量范围。当测量范围预计在总量程之内，可选用铂电阻传感器。较窄的量程通常要求传感器必须具有相当高的基本电阻，以便获得足够大的电阻变化。热敏电阻所提供的足够大的电阻变化使得这些敏感元件非常适用于窄的测量范围。如果测量范围相当大时，热电偶更适用。最好将冰点也包括在此范围内，因为热电偶的分度表是以此温度为基准的。已知范围内的传感器线性也可作为选择传感器的附加条件。

⑤ 产品图片

一体化双只温度变送器	单路温度变送模块	一体化温度变送器
热敏电阻	热敏电阻	供应电站专用热电偶

电路

               图2-6 存在中间温度的热电偶回路

图2-7 热电偶参考电极回路

              图2-12 热电偶测温电路

图2-15 热电阻测温电桥原理

图2-16热电阻三线制电桥电路

图2-20 热敏电阻对晶体管电路的补偿

表2一11热敏电阻的类型、参数及结构

使用目的	适用类型	常温电阻率/Ω·cm	B或α值	阻值 稳定性	误差范围	结构
温度测量与控制	NTC	0.1~1	各种	0.5%	土(2%~10%)	珠状
流速、流量、真空、液位	NTC	1~ 100	各种	0.5%	土(2%~10%)	珠状，薄膜型
温度补偿	NTC PTC	1~100 0.1~100	各种	5%	土10%	珠状，杆状，片状 珠状，片状
继电器等动作延时 直接加热延时	NTC CTR	1~100 0.1~ 100	愈大愈好，常温下 较小高温较大	5%	土10%	φ10以上盘状 φ0. 3~0.6珠状
电泳抑制 过载保护 自动增益控制	CTR PTC NTC	1~100 1~100 0.1~100	愈大愈好 愈大愈好 较大	5% 10% 2%	土10% 士20% 土10%	φ10以上盘状盘状φ0. 3~0.6珠状

1．温度测量

用于测量温度的热敏电阻一般结构较简单，价格较低廉。没有外面保护层的热敏电阻只能应用在干燥的地方；密封的热敏电阻不怕湿气的侵蚀，可以用在较恶劣的环境下。由于热敏电阻的阻值较大，故其连接导线的电阻和接触电阻可以忽略，使用时采用二线制即可。

2．温度补偿

热敏电阻可在一定的温度范围内对某些元件进行温度补偿。例如，动圈式仪表表头中的动圈由铜线绕成，温度升高，其电阻值增大，引起测量误差，为此可在动圈回路中串入由负温度系数热敏电阻组成的电阻网络，从而抵消由于温度引起的误差。实际应用时，将负温度系数的热敏电阻与锰铜丝电阻并联后再与被补偿元件串联，如图2-19所示。

图2-19 热敏电阻对正温度系数电阻的补偿

在晶体管电路中也常采用热敏电阻补偿电路，补偿由于温度引起的漂移，如图2-20即为其3例。

图2-20 热敏电阻对晶体管电路的补偿

3．温度控制

广泛用于空调、冰箱、热水器、节能灯等家用电器的测温、控温及国防、科技等领域。

1)继电保护

将负的突变型热敏电阻埋设在被测物中，并与继电器串联，给电路加上恒定的电压，当周围的温度上升到一定的数值时，电路中的电流可以由十分之几毫安突变为几十毫安，因此继电器动作，从而实现温度控制或过热保护。

如图2-21为用热敏电阻对电机进行过热保护的热继电器。将3只性能相同的突变型NTC热敏电阻分别紧靠3个绕组用万能胶固定，当电机正常运行时温度较低，三极管VT截止，继电器J不动作；当电机过负荷、断相或一相接地时，电机温度急剧升高，使热敏电阻阻值急剧减小到一定值时，继电器J吸合，使电机回路断开，实现保护作用。

            图2-21 热继电器原理图

(2)温度上下限报警

如图2-22所示， 为NTC热敏电阻，采用运算放大器构成迟滞电压比较器，当温度 等于设定值时， ，VTl和VT2都截止，LEDl和LED2都不发光；当 升高时， 减小。 ＞0，VTl导通，LEDl发光报警；当 下降时， 增加， ＜0，VT2导通，LED2发光报警。

图 2-22 温度上下限报警电路

(3)电子节能灯及电子慎流器预热启动

如果节能灯灯丝未经预热突加高压启动，则将导致灯丝材料严重溅射，使灯管提前发黑报废，使用PTC热敏电阻，在启动时先预热灯丝l s左右，然后再加高压点亮灯管，能有效地防止灯管两端发黑，同时能防止三极管等灯具线路元件受启动瞬间大电流及高反压冲击，使灯具寿命延长10倍以上。

如图2-23所示，接通电源瞬间， 处于常温状态，其阻值远低于C阻抗，电流通过 形成回路预热灯丝，经过1s左右， 阶跃到高阻状态，近似开路，电流通过C形成回路导致LC 谐振产生高压，使灯管点亮。

                                                                                                                           
图2-23 PTC热敏电阻用于节能灯及电子镇流器预热启动原理图