一、熱敏電阻的基本概念

熱敏電阻器是一類敏感元件，其電阻值隨溫度變化而變化。根據溫度系數的不同，可以將熱敏電阻器分為正溫度系數熱敏電阻器（PTC）和負溫度系數熱敏電阻器（NTC）兩種類型。

正溫度系數熱敏電阻器（PTC）在溫度升高時，電阻值也會增加。這是因為PTC材料的電阻與溫度成正相關，當溫度升高時，PTC材料中的載流子濃度減小，導致電阻值增大。

負溫度系數熱敏電阻器（NTC）則相反，在溫度升高時，電阻值會減小。這是因為NTC材料的電阻與溫度成負相關，當溫度升高時，NTC材料中的載流子濃度增加，導致電阻值減小。

這些熱敏電阻器通常由半導體材料制成，其特點是在不同的溫度下表現出不同的電阻值，因此在溫度測量和溫度補償等領域有廣泛的應用。

熱敏電阻的主要特點包括：

1. 高靈敏度：熱敏電阻的電阻溫度系數通常比金屬高10到100倍以上，可以對微小的溫度變化產生敏感響應，能夠檢測出極小的溫度差異，具有高靈敏度的特點。

2. 寬工作溫度范圍：熱敏電阻適用的工作溫度范圍較廣。常溫器件通常適用于-55℃至315℃的溫度范圍，高溫器件適用于超過315℃的高溫環境，而低溫器件則適用于-273℃至-55℃的低溫環境。

3. 小體積：熱敏電阻具有較小的體積，可以用于測量其他溫度傳感器無法測量的狹小空間、腔體或生物體內的血管溫度。其小體積使得其在各種應用中更加靈活和便捷。

4. 使用方便：熱敏電阻的電阻值可以在0.1至100kΩ之間任意選擇，可以根據具體需求進行調整和匹配。這使得熱敏電阻在各種應用中具有一定的靈活性和可定制性。

5. 易加工和大批量生產：熱敏電阻材料易于加工成復雜的形狀，可以滿足不同應用的要求。同時，熱敏電阻的生產工藝已經相對成熟，可以進行大規模的批量生產，具有較高的生產效率和可靠性。

6. 穩定性和過載能力：熱敏電阻具有良好的穩定性和較強的過載能力，能夠在各種環境條件下穩定工作，并能夠承受一定程度的過載電流或過載功率，具有較高的可靠性和耐久性。

二、熱敏電阻的工作原理

熱敏電阻將長期處于不動作狀態，當環境溫度和電流處于c區時，熱敏電阻的散熱功率與發熱功率接近，因而可能熱敏電阻動作也可能不動作。熱敏電阻在環境溫度相同時，動作時間隨著電流的增加而急劇縮短，熱敏電阻在環境溫度相對較高時具有更短的動作時間和較小的維持電流及動作電流。

PTC熱敏電阻

1）ptc 效應是一種材料具有 ptc(positivetemperaturecoefficient)效應，即正溫度系數效應，僅指此材料的電阻會隨溫度的升高而增加。如大多數金屬材料都具有 ptc 效應。在這些材料中，ptc 效應表現為電阻隨溫度增加而線性增加，這就是通常所說的線性 ptc 效應。

2）非線性 ptc 效應經過相變的材料會呈現出電阻沿狹窄溫度范圍內急劇增加幾個至十幾個數量級的現象，即非線性 ptc 效應，相當多種類型的導電聚合體會呈現出這種效應，如高分子 ptc 熱敏電阻。這些導電聚合體對于制造過電流保護裝置來說非常有用。

3）高分子 ptc 熱敏電阻用于過流保護高分子 ptc 熱敏電阻又經常被人們稱為自恢復保險絲(下面簡稱為熱敏電阻)，由于具有獨特的正溫度系數電阻特性，因而極為適合用作過流保護器件。熱敏電阻的使用方法象普通保險絲一樣，是串聯在電路中使用。

在正常工作情況下，熱敏電阻的溫度接近室溫，電阻較小，因此不會阻礙電流通過。但當電路發生故障導致過電流時，熱敏電阻會因為發熱功率增加而溫度升高。當溫度超過開關溫度時，熱敏電阻的電阻會迅速劇增，導致電路中的電流迅速減小到安全值。下面是熱敏電阻對交流電路保護過程中電流變化的示意圖：

高分子PTC熱敏電阻具有可調節的開關溫度，可以同時起到過溫保護和過流保護的作用。通過改變自身的開關溫度，可以調節其對溫度的敏感程度。例如，KT16-1700DL規格的熱敏電阻由于動作溫度較低，適用于鋰離子電池和鎳氫電池的過流和過溫保護。

高分子PTC熱敏電阻是一種直熱式、階躍型熱敏電阻，其電阻變化過程與自身的發熱和散熱情況有關。在不同的環境溫度和電流條件下，熱敏電阻的維持電流、動作電流和動作時間會受到影響。當環境溫度和電流處于某個區域時，熱敏電阻的發熱功率大于散熱功率，會發生動作。而當環境溫度和電流處于另一個區域時，發熱功率小于散熱功率，熱敏電阻由于可恢復的特性可以重復多次使用。

一般情況下，熱敏電阻在幾秒到幾十秒之間就能恢復到初始值的1.6倍左右的水平，此時熱敏電阻的維持電流也恢復到額定值，可以再次使用。恢復速度較快的熱敏電阻往往面積和厚度較小，而恢復速度較慢的熱敏電阻通常具有較大的面積和厚度。因此，在使用熱敏電阻時需要考慮其恢復時間和散熱條件，以確保其在重復使用過程中能夠正常工作。

總的來說，熱敏電阻在正常工作時具有較低的電阻和溫度敏感性，不會阻礙電路的正常運行。但當電路發生故障導致過電流時，熱敏電阻會發熱并劇增電阻，從而限制電流，起到過溫和過流保護的作用。高分子PTC熱敏電阻具有可調節的開關溫度，可以根據需要進行定制，同時具備較好的穩定性和過載能力。

半導體熱敏電阻材料

這類材料有單晶半導體、多晶半導體、玻璃半導體、有機半導體以及金屬氧化物等。它們均具有非常大的電阻溫度系數和高的龜阻率，用其制成的傳感器的靈敏度也相當高。按電阻溫度系數也可分為負電阻溫度系數材料和正電阻溫度系數材料。在有限的溫度范圍內，負電阻溫度系數材料 a 可達-6*10-2/℃，正電阻溫度系數材料 a 可高達-60*10-2/℃以上。如飲酸鋇陶瓷就是一種理想的正電阻溫度系數的半導體材料。

上述兩種材料均廣泛用于溫度測量、溫度控制、溫度補瞬、開關電路、過載保護以及時間延遲等方面，如分別用子制作熱敏電阻溫度計、熱敏電阻開關和熱敏電阻溫度計、熱敏電阻開關和熱敏電阻延遲繼電錯等。這類材料由于電阻和流度呈指數關系，因此測溫范圍狹窄、均勻性也差。

金屬熱敏電阻材料

此類材料作為熱電阻測溫、限流器以及自動恒溫加熱元件均有較為廣泛的應用。如鉑電阻溫度計、鎳電阻溫度計、銅電阻溫度計等。其中鉑側溫傳感器在各種介質中(包括腐蝕性介質)，表現出明顯的高精度和高穩定的特征。但是，由于鉑的稀缺和價格昂貴而使它們的廣泛應用受到一定的限制。銅測溫傳感器較便宜，但在腐蝕性介質中長期使用，可導致靜態特性與阻值發生明顯變化。

最近有資料報導，銅測溫傳感器可在空氣介質中-60~180℃溫度范圍使用。但是，國外為了在-60~180℃長期地測量溫度和在 250℃短期測量溫度，普遍大量使用著鎳測溫傳感器，并認為鎳是一種較理想的材料，因為它們具有高的靈敏度、滿意的重現性和穩定性。

合金熱敏電阻材料

合金熱敏電阻材料亦稱熱敏電阻合金。這種合金具有較高的電阻率，并且電阻值隨溫度的變化較為敏感，是一種制造溫敏傳感器的良好材料。

作為溫敏傳感器的熱敏電阻合金性能要求如下:

(1)足夠大的電阻率;

(2)相當高的電阻溫系數;

(3)具有接近于實驗材料線膨脹系數;

(4)小的應變靈敏系數;

(5)在工作溫度區間加熱和冷卻時，電阻溫度曲線應有良好的重復性。

按特性分類

按照溫度改變阻值變動趨勢不同，分為 PTC 和 NTC。

NTC熱敏電阻

NTC熱敏半導瓷大多是尖晶石結構或其他結構的氧化物陶瓷，具有負的溫度系數，電阻值可近似表示為:

(Bn*(1/T-1/T0)式中 RT、RT0 分別為溫度 T、T0 時的電阻值，Bn 為材料常數。陶瓷晶粒本身由于溫度變化而使電阻率發生變化，這是由半導體特性決定的。

NTC熱敏電阻器的發展經歷

1834年，科學家首次發現了硫化銀有負溫度系數的特性。

1930年，科學家發現氧化亞銅-氧化銅也具有負溫度系數的性能，并將之成功地運用在航空儀器的溫度補償電路中。隨后，由于晶體管技術的不斷發展，熱敏電阻器的研究取得重大進展。

1960年，研制出了 NTC 熱敏電阻器。

溫度測量的應用

NTC熱敏電阻器廣泛用于測溫、控溫、溫度補償等方面。它的測量范圍一般為-10~+300℃，也可做到-200~+10℃，甚至可用于+300~+1200℃環境中作測溫用。

熱敏電阻器溫度計的工作原理

RT 為 NTC 熱敏電阻器;

R2 和 R3 是電橋平衡電阻;

R1 為起始電阻;

R4 為滿刻度電阻，校驗表頭，也稱校驗電阻;

R7、R8 和 W 為分壓電阻，為電橋提供一個穩定的直流電源。

R6 與表頭(微安表)串聯，起修正表頭刻度和限制流經表頭的電流的作用。

R5 與表頭并聯，起保護作用。

在不平衡電橋臂(即 R1、RT)接入一只熱敏元件 RT 作溫度傳感探頭。由于熱敏電阻器的阻值隨溫度的變化而變化，因而使接在電橋對角線間的表頭指示也相應變化。

熱敏電阻器溫度計的精度可以達到 0.1℃，感溫時間可少至 10s 以下。它不僅適用于糧倉測溫儀，同時也可應用于食品儲存、醫藥衛生、科學種田、海洋、深井、高空、冰川等方面的溫度測量。

NTC傳感器和其他傳感器的區別

三、熱敏電阻CTR(Criti Cal Temperature Resistor)

熱敏電阻臨界溫度熱敏電阻 具有負電阻突變特性，在某一溫度下，電阻值隨溫度的增加激劇減小，具有很大的負溫度系數。構成材料為釩、鋇、鍶、磷等元素氧化物的混合燒結體，是半玻璃狀的半導體，所以也稱 CTR 為玻璃態熱敏電阻。

“驟變溫度隨添加鍺、鎢、鉬等的氧化物而變。”

 這是由于不同雜質的摻入，使氧化釩的晶格間隔不同造成的。若在適當的還原氣氛中五氧化二釩變成二氧化釩，則電阻急變溫度變大;若進一步還原為三氧化二釩，則急變消失。產生電阻急變的溫度對應于半玻璃半導體物性急變的位置，因此產生半導體-金屬相移。CTR 能夠作為控溫報警等應用。

“熱敏電阻的理論研究和應用開發已取得了引人注目的成果。”

隨著高、精、尖科技的應用，對熱敏電阻的導電機理和應用的更深層次的探索，以及對性能優良的新材料的深入研究，將會取得迅速發展。

檢測時，用萬用表歐姆檔(視標稱電阻值確定檔位，一般為 R×1 擋)，具體可分兩步操作：

第一步，常溫檢測(室內溫度接近 25℃)，用鱷魚夾代替表筆分別夾住PTC 熱敏電阻的兩引腳測出其實際阻值，并與標稱阻值相對比，二者相差在±2Ω內即為正常。實際阻值若與標稱阻值相差過大，則說明其性能不良或已損壞。

第二步，加溫檢測，在常溫測試正常的基礎上，即可進行第二步測試-加溫檢測，將一熱源(例如電烙鐵)靠近熱敏電阻對其加熱，觀察萬用表示數，此時如看到萬用示數隨溫度的升高而改變，這表明電阻值在逐漸改變(負溫度系數熱敏電阻器 NTC阻值會變小，正溫度系數熱敏電阻器 PTC 阻值會變大)，當阻值改變到一定數值時顯示數據會逐漸穩定，說明熱敏電阻正常，若阻值無變化，說明其性能變劣，不能繼續使用。

測試時應注意以下幾點:

(1)Rt 是生產廠家在環境溫度為 25℃時所測得的，所以用萬用表測量 Rt 時，亦應在環境溫度接近 25℃時進行，以保證測試的可信度。

(2)測量功率不得超過規定值，以免電流熱效應引起測量誤差。

(3)注意正確操作。測試時，不要用手捏住熱敏電阻體，以防止人體溫度對測試產生影響。

(4)注意不要使熱源與 PTC 熱敏電阻靠得過近或直接接觸熱敏電阻，以防止將其燙壞。

主要缺點

(1)阻值與溫度的關系非線性嚴重（呈對數關系）;

(2)元件的一致性差，互換性差;

(3)元件易老化，穩定性較差;

(4)除特殊高溫熱敏電阻外，絕大多數熱敏電阻僅適合 0~150℃范圍，使用時必須注意。