热敏电阻:定义，用途和工作原理

什么是热敏电阻？

热敏电阻的作用是被动组件在一个电路中。它们是测量温度的准确，便宜和强大的方式。

虽然热敏电阻在极热或冷气温下不起作用，但它们是许多不同应用的首选传感器。

当需要精确读出温度时，热敏电阻是理想的选择。的电路符号对于热敏电阻如下所示：

利用热敏电阻

热敏电阻有各种各样的应用。在许多不同的液体和空气环境中，它们被广泛用于作为热敏电阻温度计来测量温度。热敏电阻的一些最常见的用途包括:

• 数字温度计（恒温器）
• 汽车应用(用于测量轿车和卡车的油和冷却液温度)
• 家用电器(如微波炉、冰箱和烤箱)
• 电路保护（即浪涌保护)
• 充电电池（确保保持正确的电池温度）
• 测量…的导热系数电气材料
• 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入门工具包)
• 温度补偿(即保持电阻以补偿电路另一部分温度变化所造成的影响)
• 中使用的惠斯通电桥电路

热敏电阻是如何工作的

热敏电阻的工作原理是它的电阻取决于它的温度。我们可以用a来测量热敏电阻的电阻欧姆计。

如果我们知道温度变化之间的确切关系会影响热敏电阻的电阻 - 然后通过测量热敏电阻的电阻，我们可以得出其温度。

电阻变化取决于热敏电阻中使用的材料类型。热敏电阻的温度和电阻之间的关系是非线性的。典型的热敏电阻图如下所示：

如果我们有一个带有上述温度曲线图的热敏电阻，我们可以简单地绕过欧姆表测量的电阻，在图表上指示的温度。

通过从y轴上的电阻绘制水平线，并从与图形相交的水平线相交的位置绘制垂直线，因此我们可以推导热敏电阻的温度。

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，电阻降低。当温度降低时，电阻增加。因此，在NTC热敏电阻温度和电阻上是成反比的。这些是最常见的类型 themistor。

NTC热敏电阻的电阻和温度之间的关系由以下表达式控制：

地点:

• R_T为温度T (K)下的电阻
• R₀温度为T时的电阻是多少₀（k）
• T₀参考温度(通常为25^oC)
• β是恒定的，其值取决于材料的特性。标称值被视为4000。

如果β值很高，则电阻-温度关系会很好。更高的β值意味着在相同的温度上升下电阻的变化更大——因此你增加了热敏电阻的灵敏度(因此也就增加了精度)。

从表达式（1）中，我们可以获得电阻温度的共同效率。这是只不过是热敏电阻灵敏度的表达。

从上面我们可以清楚地看到αT有一个负号。这个负号表示NTC热敏电阻的负电阻-温度特性。

如果β= 4000 K, T = 298 K，则α_T= -0.0045 /^oK.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，现在有其他形式的重掺杂热敏电阻(价格昂贵)具有正的温度系数。

表达式（1）使得不可能在甚至小的温度范围内对曲线进行线性近似，因此热敏电阻绝对是非线性传感器。

PTC热敏电阻

PTC热敏电阻在温度和电阻之间具有相反的关系。当温度升高时，电阻增大。

当温度降低时，电阻降低。因此，在PTC热敏电阻温度和电阻上是成反比的。

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。

什么时候当前的通过设备，它会导致少量的电阻加热。如果电流足够大以产生比设备可能损失的更多热量，那么设备会加热。

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所示:

地点:

• R₁=热敏电阻在绝对温度T下的电阻₁(^oK]
• R₂=温度T的热敏电阻的电阻₂(^oK]
• β=常数，取决于材料传感器(如一个振荡器传感器)

从上面的方程可以看出，温度与电阻之间的关系是高度非线性的。标准的NTC热敏电阻通常表现为负的热阻温度系数，约为0.05/^oC。

热敏电阻结构

为了制造热敏电阻器，将两种或两种以上由金属氧化物制成的半导体粉末与粘合剂混合形成浆料。

细小的泥浆滴在铅丝上形成。为了烘干，我们必须把它放进烧结炉里。

在这个过程中，浆液会收缩到导线上，从而进行电气连接。

这种经过处理的金属氧化物是通过在上面涂上一层玻璃来密封的。这种玻璃涂层为热敏电阻提供了防水性能，有助于提高其稳定性。

市场上有不同形状和尺寸的热敏电阻。较小的热敏电阻以直径从0.15毫米到1.5毫米的小珠的形式存在。

热敏电阻也可能以圆盘和垫圈的形式存在，这种形式是将热敏电阻材料在高压下压成直径从3毫米到25毫米的扁平圆柱形。

热敏电阻的典型尺寸为0.125毫米至1.5毫米。市售热敏电阻的标称值为1K、2K、10K、20K、100K等。该值表示温度为25时的电阻值^oC。

热敏电阻有不同的型号:珠型、棒型、圆盘型等。热敏电阻的主要优点是体积小，成本相对较低。

这种规模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。

热敏电阻和热电偶

热敏电阻和a之间的主要差异热电偶是:

热敏电阻:

• 更窄的感测范围（55至+150^oC -尽管这取决于品牌)
• 感测参数=电阻
• 非线性感应参数（电阻）与温度之间的关系
• NTC热敏电阻的电阻随温度的升高大致呈指数衰减
• 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^oC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^oC没有校准

热电偶：

• 具有广泛的温度感应范围(T型= -200-350^oC;j = 95-760°C;型k = 95-1260°C;其他类型达到更高的温度）
• 可以非常准确
• 传感参数=电压由不同温度下的结产生
• 热电偶电压相对较低
• 在传感参数（电压）和温度之间具有线性关系

热敏电阻与RTD

电阻温度探测器(也称为RTD传感器）与热敏电阻非常相似。RTD和热敏电阻均有不同的电阻依赖于温度。

两者之间的主要区别是它们的材料类型。热敏电阻通常用陶瓷或聚合物材料制成，而RTD由纯金属制成。在性能方面，热敏电阻在几乎所有方面都赢了。

热敏电阻更准确，更便宜，并且比RTD更快的响应时间。热敏电阻与RTD的唯一真正缺点是达到温度范围的时候。RTD可以在比热敏电阻范围内测量温度。

除此之外，没有理由在RTD上使用热敏电阻。