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電阻值隨溫度變化而變化的敏感元件。在工作溫度范圍內(nèi),電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻器;電阻值隨溫度上升而減小的是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器。圖中為四種常見(jiàn)的熱敏電阻器的電阻-溫度特性曲線。曲線 1是金屬熱敏電阻器。它的電阻值隨溫度上升而線性增加,電阻溫度系數(shù)為+0.004K-1左右。曲線2是普通負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。它的電阻值隨溫度上升而呈指數(shù)減小,室溫下的電阻溫度系數(shù)為-0.02K-1~-0.06K-1。曲線3是臨界熱敏電阻器(CTR)。它的電阻值在某一特定溫度附近隨溫度上升而急劇減小,變化量達(dá)到2~4個(gè)數(shù)量級(jí)。曲線4A和4B是鈦酸鋇系正溫度系數(shù)熱敏電阻器。前者為緩變型,室溫下的電阻溫度系數(shù)在+0.03~+0.08K-1之間;后者為開(kāi)關(guān)型,在某一較小溫度區(qū)間,電阻值急增幾個(gè)數(shù)量級(jí),電阻溫度系數(shù)可達(dá)+0.10~+0.60K-1。

1871年西門(mén)子公司首先用純鉑制成測(cè)溫用鉑熱敏電阻器,之后又出現(xiàn)純銅和純鎳熱敏電阻器。這類(lèi)純金屬熱敏電阻器有極好的重復(fù)性和穩(wěn)定性。早在1834年以前,M.法拉第就發(fā)現(xiàn)硫化銀等半導(dǎo)體材料具有很大的負(fù)電阻溫度系數(shù)。但直到20世紀(jì)30年代,才使用硫化銀、二氧化鈾等材料制成有實(shí)用價(jià)值的熱敏電阻器。1940年美國(guó)J.A.貝克等人發(fā)現(xiàn)某些過(guò)渡金屬氧化物經(jīng)混合燒結(jié)后,成為具有很大負(fù)溫度系數(shù)的半導(dǎo)體,而且性能相當(dāng)穩(wěn)定。1946年后生產(chǎn)的普通負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器,絕大多數(shù)是用這種合成氧化物半導(dǎo)體制成的。1954年P(guān).W.哈依曼等人發(fā)現(xiàn)添加微量稀土元素的鈦酸鋇陶瓷具有較理想的正電阻溫度系數(shù),以后在此基礎(chǔ)上制成了熱敏電阻器,并發(fā)展成系列品種,應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。

熱敏電阻器種類(lèi)繁多,一般按阻值溫度系數(shù)可分為負(fù)電阻溫度系數(shù)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)負(fù)溫系數(shù))和正電阻溫度系數(shù)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)正溫系數(shù))熱敏電阻器;

按其阻值隨溫度變化的大小可分為:緩變和突變型;

按其受熱方式可分為:直熱式和旁熱式;

按其工作溫度范圍可分為:常溫、高溫和超低溫?zé)崦綦娮杵?

按其結(jié)構(gòu)分類(lèi)有:棒狀、圓片、方片、墊圈狀、球狀、線管狀、薄膜以及厚膜等熱敏電阻器。

是對(duì)溫度靈敏度高,熱惰性小,壽命長(zhǎng),體積小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,以及可制成各種不同的外形結(jié)構(gòu)。因此,隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,這種元件已獲得了廣泛的應(yīng)用,如溫度測(cè)量、溫度控制、溫度補(bǔ)償、液面測(cè)定、氣壓測(cè)定、火災(zāi)報(bào)警、氣象探空、開(kāi)關(guān)電路、過(guò)荷保護(hù)、脈動(dòng)電壓抑制、時(shí)間延遲、穩(wěn)定振幅、自動(dòng)增益調(diào)整、微波和激光功率測(cè)量等等。

隨著近代軍事技術(shù)、特別是空間技術(shù)的發(fā)展,對(duì)熱敏電阻器除了要求高可靠、長(zhǎng)壽命、超高溫和超低溫外,還需要靈敏度更高、不需致冷、性能優(yōu)良的測(cè)輻射功率的熱敏器件。

熱敏電阻器的主要特性參數(shù)有電阻-溫度特性、電壓-電流特性和熱時(shí)間常數(shù)。

① 電阻-溫度特性:特性曲線如圖所示。金屬熱敏電阻器的電阻-溫度關(guān)系可表示為

Rt=R0(1+αt) (1)

式中Rt為溫度t攝氏度時(shí)的電阻值,R0為溫度0攝氏度時(shí)的電阻值,α 為工作溫度區(qū)間的平均溫度系數(shù)。普通負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻溫度關(guān)系可表示為

RT=AeB/T (2)

式中 RT為溫度T(K)時(shí)的電阻值,A為與熱敏電阻器材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù),B為材料的特性常數(shù)。根據(jù)溫度系數(shù)的定義,(見(jiàn)右圖)。

于是,α和B的關(guān)系是

臨界熱敏電阻器以及鈦酸鋇系正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻溫度關(guān)系不易用數(shù)學(xué)式表達(dá),一般用特性曲線或某溫度下的電阻溫度系數(shù)值來(lái)表示。

② 電壓-電流特性:在規(guī)定溫度和靜止空氣中,熱敏電阻器達(dá)到熱平衡時(shí)兩端的電壓與其中流過(guò)的穩(wěn)態(tài)電流之間的關(guān)系,通常呈非線性。

③ 熱時(shí)間常數(shù):當(dāng)環(huán)境溫度從溫度T1突變到溫度T2,熱敏電阻體的溫度變化到等于(T2-T1)的63.2%時(shí)所需的時(shí)間。

熱敏電阻器用途十分廣泛。主要的應(yīng)用方面有:

1、利用電阻-溫度特性來(lái)測(cè)量溫度、控制溫度和元件、器件、電路的溫度補(bǔ)償;

2、利用非線性特性完成穩(wěn)壓、限幅、開(kāi)關(guān)、過(guò)流保護(hù)作用;

3、利用不同媒質(zhì)中熱耗散特性的差異測(cè)量流量、流速、液面、熱導(dǎo)、真空度等;

4、利用熱慣性作為時(shí)間延遲器。