热敏电阻：定义、用途和工作原理 - pcim电子展

什么是热敏电阻？

热敏电阻（或热敏电阻）被定义为一种电阻器，其电阻随温度变化而变化。虽然所有电阻器的电阻都会随温度略有波动，但热敏电阻对温度变化特别敏感。

热敏电阻在电路中充当无源元件。它们是一种准确、廉价且可靠的温度测量方法。虽然热敏电阻在极热或极冷的温度下不能正常工作，但它们是许多不同应用的首选传感器。当需要精确的温度读数时，热敏电阻是理想的选择。热敏电阻的电路符号如下所示：

热敏电阻的用途

热敏电阻有多种应用。它们被广泛用作在许多不同的液体和环境空气环境中作为热敏电阻温度计测量温度的一种方式。热敏电阻的一些最常见用途包括：

1. 数字温度计（恒温器）

2. 汽车应用（测量汽车和卡车的机油和冷却液温度）

3. 家用电器（如微波炉、冰箱和烤箱）

4. 电路保护（即电涌保护)

5. 可充电电池（确保保持正确的电池温度）

6. 测量电材料的导热系数

7. 在许多基本电子电路中很有用（例如，作为初学者Arduino入门套件的一部分)

8. 温度补偿（即保持电阻以补偿电路另一部分温度变化引起的影响）

9. 用于惠斯通电桥电路

热敏电阻如何工作

热敏电阻的工作原理是其电阻与其温度有关。我们可以使用欧姆表测量热敏电阻的电阻。如果我们知道温度变化如何影响热敏电阻电阻之间的确切关系，那么通过测量热敏电阻的电阻，我们可以得出其温度。

电阻变化的程度取决于热敏电阻中使用的材料类型。热敏电阻的温度和电阻之间的关系是非线性的。典型的热敏电阻图如下所示：

如果我们有一个带有上述温度图的热敏电阻，我们可以简单地将欧姆表测量的电阻与图上指示的温度对齐。通过在 y 轴上画一条横跨电阻的水平线，并从这条水平线与图形相交的地方画一条垂直线，我们可以得出热敏电阻的温度。

热敏电阻类型

热敏电阻有两种类型：

1. 负温度系数 （NTC） 热敏电阻

2. 正温度系数 （PTC） 热敏电阻

NTC热敏电阻

在NTC热敏电阻中，当温度升高时，电阻会降低。当温度降低时，电阻会增加。因此，在NTC热敏电阻中，温度和电阻成反比。这些是最常见的 themistor 类型。

NTC热敏电阻中的电阻和温度之间的关系由以下表达式决定：

1. RT是温度 T （K） 时的电阻

2. R0是温度 T 时的电阻0（千）

3. T0是参考温度（通常为 25oC)

4. β是一个常数，其值取决于材料的特性。标称值取 4000。

如果β值很高，那么电阻-温度关系将非常好。β值越高，意味着在温度升高的情况下，电阻变化越大，因此热敏电阻的灵敏度（以及精度）也就越高。

从表达式（1）可以得到电阻温度系数。这只不过是热敏电阻灵敏度的表达。

在上面我们可以清楚地看到αT有一个负号。该负号表示NTC热敏电阻的负电阻-温度特性。如果 β = 4000 K 且 T = 298 K，则 αT= –0.0045/oK.这比铂RTD的灵敏度要高得多。这将能够测量温度的微小变化。然而，现在已经有替代形式的重掺杂热敏电阻（成本高），它们具有正温度系数。

表达式（1）使得即使在很小的温度范围内也无法对曲线进行线性近似，因此热敏电阻绝对是非线性传感器。

PTC热敏电阻

PTC热敏电阻在温度和电阻之间具有相反的关系。当温度升高时，电阻会增加。当温度降低时，电阻会降低。因此，在PTC热敏电阻中，温度和电阻成反比。

虽然PTC热敏电阻不像NTC热敏电阻那样常见，但它们经常被用作电路保护的一种形式。与保险丝的功能类似，PTC热敏电阻可以充当限流器件。当电流通过设备时，会引起少量电阻加热。如果电流足够大，产生的热量超过设备可以散失到周围环境的热量，则设备会发热。

在PTC热敏电阻中，这种发热也会导致其电阻增加。这会产生一种自我增强效应，使电阻向上移动，从而限制电流。通过这种方式，它充当限流装置——保护电路。

热敏电阻特性

控制热敏电阻特性的关系如下：

1. R1= 热敏电阻在绝对温度下的电阻 T1[oK]

2. R2= 热敏电阻在温度 T 下的电阻2 [oK]

3. β = 常数，具体取决于换能器的材料（例如振荡器换能器 )

在上面的等式中，我们可以看到温度和电阻之间的关系是高度非线性的。标准NTC热敏电阻通常具有约0.05/的负热阻温度系数℃

热敏电阻结构

为了制造热敏电阻，将两种或两种以上由金属氧化物制成的半导体粉末与粘合剂混合以形成浆料。这种浆液的小滴在引线上形成。为了干燥，我们必须将其放入烧结炉中。在此过程中，浆料将收缩到引线上以进行电气连接。

这种加工过的金属氧化物通过在其上涂上玻璃涂层进行密封。这种玻璃涂层为热敏电阻提供了防水性能，有助于提高其稳定性。

市场上有不同形状和尺寸的热敏电阻。较小的热敏电阻采用直径为 0.15 毫米至 1.5 毫米的磁珠形式。热敏电阻也可以是圆盘和垫圈的形式，通过在高压下将热敏电阻材料压成直径为 3 毫米至 25 毫米的扁平圆柱形而制成。

热敏电阻的典型尺寸为0.125mm至1.5 mm。市售热敏电阻的标称值为1K、2K、10K、20K、100K等。该值表示温度为 25 时的电阻值oC.

热敏电阻有不同的型号：磁珠型、棒型、圆盘型等。热敏电阻的主要优点是体积小，成本相对较低。这种尺寸优势意味着在护套中工作的热敏电阻的时间常数很小，尽管尺寸的减小也会降低其散热能力，从而使自发热效应更大。这种效应会永久损坏热敏电阻。

为了防止这种情况，与电阻温度计相比，热敏电阻必须在较低的电流水平下工作，从而导致测量灵敏度降低。

热敏电阻与热电偶

热敏电阻和热电偶的主要区别是：

热敏电阻：

1. 更窄的感应范围（55 至 +150oC – 尽管这因品牌而异）

2. 感应参数 = 电阻

3. 传感参数（电阻）与温度之间的非线性关系

4. NTC热敏电阻的电阻随着温度的升高而呈指数下降

5. 适用于感测温度的微小变化（很难准确使用热敏电阻，并且分辨率超过 50oC 范围）。

6. 传感电路很简单，不需要放大，非常简单

7. 精度通常很难比 1 更好oC 无需校准

热电偶：

1. 具有广泛的温度感应范围（T型=-200-350oC;J型 = 95-760°C;K型=95-1260°C;其他类型甚至更高的温度）

2. 可以非常准确

3. 感应参数 = 结点在不同温度下产生的电压

4. 热电偶电压相对较低

5. 感应参数（电压）与温度呈线性关系

热敏电阻与RTD

电阻温度检测器（也称为RTD传感器）与热敏电阻非常相似。RTD和热敏电阻的电阻随温度而变化。两者之间的主要区别在于它们的材料类型。热敏电阻通常由陶瓷或聚合物材料制成，而RTD则由纯金属制成。在性能方面，热敏电阻几乎在所有方面都胜出。

热敏电阻比RTD更精确、更便宜，响应时间更快。与RTD相比，热敏电阻的唯一真正缺点是温度范围。RTD可以在比热敏电阻更宽的范围内测量温度。除此之外，没有理由在RTD上使用热敏电阻。