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。

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。

2）按特性分類

按照溫度改變阻值變動趨勢不同，分為 PTC 和 NTC。