热敏电阻:定义，用途和工作原理

什么是热敏电阻?

热敏电阻的作用是无源元件在一个电路。它们是一种精确、廉价、可靠的测量温度的方法。

虽然热敏电阻在极热或极冷的温度下不能很好地工作，但它们是许多不同应用的传感器的选择。

当需要精确的温度读数时，热敏电阻是理想的。该电路符号热敏电阻如下图所示:

热敏电阻的用途

热敏电阻有各种应用。它们被广泛用作在许多不同液体和环境空气环境中测量温度作为热敏电阻温度计的方法。热敏电阻的一些最常见用途包括：

• 数字温度计(恒温器)
• 汽车应用（测量汽车和卡车的油和冷却剂温度）
• 家用电器（如微波炉，冰箱和烤箱）
• (即电路保护。过载保护）
• 可充电电池(确保保持正确的电池温度)
• 测量导热系数电气材料
• 在许多基本的电子电路中有用(例如，作为a的一部分初学者Arduino Starter Kit）
• 温度补偿（即保持抗性补偿由电路另一部分温度变化引起的效果）
• 用于惠斯通桥电路

热敏电阻如何工作

热敏电阻的工作原理是其电阻取决于其温度。我们可以使用衡量热敏电阻的电阻欧姆特。

如果我们知道温度变化如何影响热敏电阻之间的确切关系，那么通过测量热敏电阻的电阻，我们就可以得出它的温度。

电阻变化的多少取决于热敏电阻器所使用的材料的类型。热敏电阻的温度与电阻之间是非线性关系。典型的热敏电阻曲线图如下图所示:

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计测得的电阻与图上所示的温度对齐。

通过在y轴上从电阻上画一条水平线，并从水平线与图相交的地方向下画一条垂直线，我们就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:

• 负温度系数(NTC)热敏电阻
• 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，电阻减小。当温度降低时，电阻增加。因此，在NTC热敏电阻中，温度和电阻是成反比的。这是最常见的一种 专题师家。

NTC热敏电阻的电阻和温度之间的关系由以下表达式决定:

哪里：

• R._T.是温度t（k）的电阻
• R._0.温度为T时的电阻是多少_0.(K)
• T._0.参考温度(通常为25^O.C）
• β是一个常数，它的值取决于材料的特性。标称值取4000。

如果β的值高，则电阻器温度关系将非常好。β的较高值表示具有相同温度升高的电阻的更高变化 - 因此您已经增加了热敏电阻的灵敏度（和因此精度）。

由式(1)可得电阻温度系数。这只不过是热敏电阻器灵敏度的表达式。

在上面我们可以清楚地看到αt具有负符号。该负符号表示NTC热敏电阻的负电阻温度特性。

如果β= 4000k和t = 298 k，则α_T.= -0.0045 /^O.K.这比铂RTD的灵敏度高得多。这将能够测量温度的微小变化。

然而，替代形式的掺杂热敏电阻现在可用（以高成本）具有正温度的共同效率。

表达式(1)是这样的，即使在很小的温度范围内也不可能对曲线做出线性近似，因此热敏电阻绝对是非线性传感器。

PTC热敏电阻

PTC热敏电阻具有温度和电阻之间的反向关系。当温度升高时，电阻增加。

当温度降低时，电阻减小。因此在PTC热敏电阻中，温度和电阻是成反比的。

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。与熔断器的功能类似，PTC热敏电阻也可以起到类似的作用 限流设备。

当当前通过一个装置时，它会引起少量的电阻加热。如果电流足够大，产生的热量超过设备损失给周围环境的热量，那么设备就会被加热。

在PTC热敏电阻中，加热也会导致电阻增加。这就产生了一种自我强化的效果，驱动电阻向上，因此限制了电流。这样，它就像一个限流装置，保护电路。

热敏电阻特性

控制热敏电阻特性的关系如下：

哪里：

• R.₁=绝对温度T的热敏电阻的电阻₁[^O.K)
• R.₂=热敏电阻在温度T下的电阻₂[^O.K)
• β=常数，取决于材料传感器（例如A.振荡器传感器）

我们可以在等式中看到，温度和电阻之间的关系是高度非线性的。标准NTC热敏电阻通常表现出约0.05 /的负热阻温度系数/^O.C。

热敏电阻结构

为了使热敏电阻，由金属氧化物制成的两个或更多个半导体粉末与粘合剂混合以形成浆料。

在引线上形成小浆料。为了干燥目的，我们必须将其放入烧结炉中。

在此过程中，浆料将缩小到引线上以进行电气连接。

通过将玻璃涂层放入其中，密封该加工的金属氧化物。该玻璃涂层为热敏电阻提供防水性 - 有助于提高其稳定性。

市场上有不同的形状和尺寸的热敏电阻。较小的热敏电阻的珠子的直径为0.15毫米至1.5毫米。

热敏电阻也可以是磁盘和垫圈的形式，通过将热敏电阻材料在高压下压入平坦的圆柱形状，其直径为3毫米至25毫米。

热敏电阻的典型尺寸为0.125mm至1.5mm。市售的热敏电阻具有1k，2k，10k，20k，100k等的标称值。该值表示温度为25的电阻值^O.C。

热敏电阻有不同的型号：珠型，杆式，盘式等。热敏电阻的主要优点是它们的小尺寸和相对较低的成本。

这种尺寸的优势意味着时间常数在护套中操作的热敏电阻较小，但尺寸的减小也降低了其散热能力，使其自热效应更大。这种效果会对热敏电阻器造成永久性的损害。

为了防止这种情况发生，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，从而导致较低的测量灵敏度。

热敏电阻VS热电偶

热敏电阻器和热敏电阻器的主要区别热电偶是：

热敏电阻:

• 更窄的感应范围(55 ~ +150)^O.C - 虽然这取决于品牌）
• 传感参数=电阻
• 非线性传感参数(电阻)与温度的关系
• NTC热敏电阻随着温度的增加而大致指数降低
• 适合于感应微小的温度变化(热敏电阻很难准确使用，分辨率超过50^O.C范围）。
• 传感电路简单，不需要放大，非常简单
• 准确度通常很难超过1^O.C没有校准

热电偶:

• 具有广泛的温度感应范围(T型= -200-350^O.C;J型= 95-760°C;K型= 95-1260°C;其他类型的温度更高)
• 可以非常准确
• 传感参数=电压在不同温度下的连接产生
• 热电偶电压相对较低
• 传感参数(电压)和温度之间有线性关系吗

热敏电阻对RTD

电阻温度探测器（也称为RTD传感器)与热敏电阻非常相似。RTDs和热敏电阻的电阻随温度的变化而变化。

两者之间的主要区别是它们的材料类型。热敏电阻通常由陶瓷或高分子材料制成，而热电阻则由纯金属制成。就性能而言，热敏电阻几乎在所有方面都占上风。

热敏电阻比RTDs更准确，更便宜，响应时间更快。热敏电阻与RTD唯一的真正缺点是当它涉及到温度范围时。RTDs可以测量比热敏电阻更大范围内的温度。

除此之外，没有理由在RTD上使用热敏电阻。