热敏电阻是敏 感元件的一种,按其温度系数的不同分为正温度系数热敏电阻(PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)。热敏电阻的典型特性是对温度敏感,在不同温度之下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器在温度较高时阻值较大,负温度系数热敏电阻器在较高温度时阻值较低。它们都是半导体器件。
热敏电阻器的特性:1。灵敏度高,其电阻温度系数比金属大10~100倍。2. 工作温度范围宽。常温装置适用于—55℃~315℃,高温装置适用于315℃超过的温度(目前最高可达2000℃),而低温器件则适用于—273℃~55℃。3.体积小,可以测量其他温度计无法测量的生物体内的空隙、空腔和血管的温度。4.使用方便,电阻值可在0.1~100kΩ间任意选择。5.易于加工成复杂形状,可大批量生产。6.稳定性好,过载能力强。
热敏电阻的种类:正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)。PTC热敏电阻的阻值随温度的升高而增大,而NTC热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。目前应用最广泛的热敏电阻是NTC热敏电阻。
PTC(Positive Temperature Coeff1Cient)是指在一定温度之下电阻急剧增加的热敏电阻现象或材料,可专门用作恒温传感器。该材料是以BaTiO 3、SrTIO3或PbTIO3为主要成分,加入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物,控制原子价,使其具有半导体性的烧结体。这种半导体材料如BaTiO3通常被称为半导体瓷。同时加入Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和其它增加正电阻温度系数的添加剂,通过一般陶瓷工艺成型和高温烧结使钛酸铂及其固溶体半导体化,从而获得具有正特性的热敏电阻材料。它的温度系数和居里点温度随成分和烧结条件(特别是冷却温度)而变化。
钛酸钡晶体属于钙钛矿结构,是铁电材料,纯钛酸钡是绝缘材料。当微量稀土元素加入到钛酸钡材料之中并进行适当的热处理时,电阻率在居里温度邻近急剧增加了几个数量级,产生了PTC效应。这种效应与BaTiO3晶体的铁电性和材料在居里温度邻近的相变有关。钛酸钡半导体陶瓷是一种多晶材料,在晶粒间具有晶粒栋界面。当半导体陶瓷达到一定温度或电压时,晶界发生变化,导致电阻发生剧烈变化。
钛酸钡半导体陶瓷的PTC效应来源于晶界(沿晶边界)。为了传导电子,颗粒间的界面起着势垒的作用。温度较低时,由于钛酸钡外部电场的作用,电子很容易越过势垒,因此电阻值小。当温度升高到接近居里点(即临界温度)时,外部电场被破坏,不能帮助导电电子越过势垒。这相当于势垒上升,电阻值突然增大,产生PTC效应。钛酸钡半导体陶瓷PTC效应的物理模型包括海王表面势垒模型、Daniels的钡空位模型等人的理论和叠加势垒模型,从不同方面对PTC效应提供了合理的解释。