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1、摘 要热敏电阻是开发早、 种类多、发展较成熟的敏感元器件 半导体材料做成的热敏电阻是对温度变化表现出非常敏感的电阻元件，它能测量出温度的微小变化，并且体积小，工作稳定，结构简单。因此，它在测温技术、无线电技术、自动化和遥控等方面都有广泛的应用。由于热敏电阻具有非线性， 就限制了它的应用， 热敏电阻的线性化在温度测控中是生产具有线性刻度的指示仪表和微机接口必不可少的基础。它的规格化可以使半导体热敏电阻传感器能够相互替换,进行大批量生产。由于热敏电阻的应用越来越广, 各国对热敏电阻的研制也越加重视。热敏电阻的发展与新原理、新工艺、新材料、新应用的发展密切相关。关键词 ：热敏电阻；微小变化；广泛应用
2、；线性化；规格化；发展1、简介半导体热敏电阻是利用半导体的电阻 温度特性制成的一种热敏元件,它对温度非常敏感 ,温度的微小变化能引起其电阻值的显著变化。热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC ）和负温度系数热敏电阻器（NTC ） 。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器（ PTC ）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC ）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，热敏电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随
3、温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。热敏电阻体积非常小，对温度变化的响应也快。但热敏电阻需要使用电流源，小尺寸也使它对自热误差极为敏感。利用的原理是温度引起电阻变化若电子和空穴的浓度分别为n、p，迁移率分别为n、p，则半导体的电导为： =q（nn+pp）因为 n、p、n、p都是依赖温度T 的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻-温度特性曲线。这就是半导体热敏电阻的工作原理。2、半导体热敏电阻的特点2.1 热敏电阻的型号我国产热敏电阻是按
4、部颁标准SJ1155-82来制定型号，由四部分组成。第一部分：主称，用字母 M 表示敏感元件。第二部分：类别，用字母 Z表示正温度系数热敏电阻器，或者用字母 F表示负温度系数热敏电阻器。第三部分：用途或特征，用一位数字（0-9）表示。一般数字 1表示普通用途， 2表示稳压用途（负温度系数热敏电阻器），3表示微波测量用途（负温度系数热敏电阻器），4表示旁热式 （负温度系数热敏电阻器），5表示测温用途，6表示控温用途，7表示消磁用途（正温度系数热敏电阻器），8表示线性型 （负温度系数热敏电阻器），9表示恒温型 （正温度系数热敏电阻器） ，0表示特殊型（负温度系数热敏电阻器）。第四部分：序号，也由数
5、字表示，代表规格、性能。往往厂家出于区别本系列产品的特殊需要，在序号后加 派生序号 ，由字母、数字和 - 号组合而成。例：M Z 1 1 2.2热敏电阻的主要特点热敏电阻包括正温度系数（PTC ）和负温度系数（NTC ）热敏电阻，以及临界温度热敏电阻（ CTR ） 。其主要特点是：灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10 100倍以上，能检测出10-6 的温度变化；工作温度范围宽，常温器件适用于-55315 ，高温器件适用温度高于315 （目前最高可达到 2000 ） ，低温器件适用于-273 55；体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；使用方便，电阻值可在0.1
6、 100k 间任意选择；易加工成复杂的形状，可大批量生产；稳定性好、过载能力强。3、半导体热敏电阻的工作原理按温度特性热敏电阻可分为两类，随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。3.1 正温度系数热敏电阻的工作原理此种热敏电阻以钛酸钡（BaTiO3 ）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（ Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面， 对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。当温度低时， 由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子
7、可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的温度控制点一般钛酸钡的居里点为120）时，内电场受到破坏， 不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢，具有恒温、 调温和自动控温的功能，只发热， 不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流3440V 均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。3.2 负温度系数热敏电阻的工作原理负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，完全类似于锗、硅晶体材料，
8、体内的载流子（电子和空穴）数目少，电阻较高；温度升高，体内载流子数目增加，自然电阻值降低。负温度系数热敏电阻类型很多，使用区分低温（-60300） 、中温（ 300600） 、高温（ 600）三种，有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点， 广泛应用于需要定点测温的温度自动控制电路，如冰箱、空调、温室等的温控系统。热敏电阻与简单的放大电路结合，就可检测千分之一度的温度变化，所以和电子仪表组成测温计， 能完成高精度的温度测量。普通用途热敏电阻工作温度为-55+315，特殊低温热敏电阻的工作温度低于-55 ，可达 -273。4、热敏电阻器的主要参数各种热敏电阻器的工作条件一定要在其出厂参
9、数允许范围之内。热敏电阻的主要参数有十余项： 标称电阻值、 使用环境温度 （最高工作温度） 、测量功率、 额定功率、 标称电压 （最大工作电压） 、工作电流、温度系数、材料常数、时间常数等。其中标称电阻值是在25零功率时的电阻值，实际上总有一定误差，应在 10%之内。普通热敏电阻的工作温度范围较大，可根据需要从-55到+315选择， 值得注意的是， 不同型号热敏电阻的最高工作温度差异很大，如MF11 片状负温度系数热敏电阻器为+125 ，而 MF53-1 仅为 +70，学生实验时应注意（一般不要超过50） 。具体指：(1)标称阻值CR：一般指环境温度为25时热敏电阻器的实际电阻值。(2)实际阻
10、值TR：在一定的温度条件下所测得的电阻值。(3)材料常数：它是一个描述热敏电阻材料物理特性的参数，也是热灵敏度指标，B 值越大，表示热敏电阻器的灵敏度越高。应注意的是，在实际工作时，B 值并非一个常数，而是随温度的升高略有增加。(4)电阻温度系数T：它表示温度变化1 时的阻值变化率，单位为%/。(5)时间常数 ：热敏电阻器是有热惯性的，时间常数， 就是一个描述热敏电阻器热惯性的参数。 它的定义为， 在无功耗的状态下，当环境温度由一个特定温度向另一个特定温度突然改变时，热敏电阻体的温度变化了两个特定温度之差的63.2% 所需的时间。 越小，表明热敏电阻器的热惯性越小。(6)额定功率MP：在规定的
11、技术条件下，热敏电阻器长期连续负载所允许的耗散功率。在实际使用时不得超过额定功率。若热敏电阻器工作的环境温度超过25 ，则必须相应降低其负载。(7)额定工作电流MI：热敏电阻器在工作状态下规定的名义电流值。(8)测量功率CP：在规定的环境温度下，热敏电阻体受测试电流加热而引起的阻值变化不超过 0.1% 时所消耗的电功率。(9)最大电压： 对于 NTC 热敏电阻器， 是指在规定的环境温度下，不使热敏电阻器引起热失控所允许连续施加的最大直流电压；对于PTC 热敏电阻器，是指在规定的环境温度和静止空气中，允许连续施加到热敏电阻器上并保证热敏电阻器正常工作在PTC 特性部分的最大直流电压。(10) 最
12、高工作温度Tmax ：在规定的技术条件下，热敏电阻器长期连续工作所允许的最高温度。(11)开关温度bt:PTC 热敏电阻器的电阻值开始发生跃增时的温度。(12) 耗散系数H：温度增加 1时，热敏电阻器所耗散的功率，单位为mw/ 。5、半导体热敏电阻的应用半导体热敏电阻的应用很广，下面仅就其几个主要方面的应用情况作一介绍。5.1 在测温方面的应用国外半导体热敏电阻广泛地用于测温，其特点是灵敏度高，尤其是在测量微小的温度变化方面更具有优越性。由于它的体积小，还可以用在医学上。以日本为例，约有六十家温度计厂，在测300以下的温度时，有50% 的测温仪表采用半导体热敏电阻，这就足以说明其应用之广泛。国
13、外多点测温可达数百点。日本的薄膜热敏电已制成红外探测器，是用两个热敏电阻，一个做为检测用，一个做为室温变化补偿用，红外探测器分为热型和量子型。国外用薄膜热敏电阻作红外辐射检测元件，可以用于下列的温度检测：土壤、 水面、转动物体，以及高压电器接头开关发热检查、气象观测等。已广泛地用于自动控制、军事、宇航等。半导体热敏电阻测温在医学上的应用更引人注目，原来的水银温度计， 既消耗大量水银，又有公害问题，今后电子式体温计会得到普及。1975 年日本就出售了电子式体温计，都是用热敏电阻测温，用表头指示和数字显示，测量体温的位置，可以放在腋下、口腔、直肠、内脏、血管、外表皮等。另外，国外还有用于低温测量的
14、热敏电阻，如苏联有测液态气体温度的产品。5.2 在温度控制方面的应用热敏电阻可以用于自动化装置、自动控制系统的控温。用钦酸钡、钦酸铭、钦酸银系材料制成的正温度系数的热敏电阻，以及用钒、硼、磷、硅或钒、镁、铭、钨系材料制作的临温度热敏电阻， 由于在临界温度附近电阻温度系数急剧增大，所以它不需要放大，就可直接控温。热敏电阻用作控温的例子很多，如机器、控制仪表、飞行体、导弹等的控温。5.3 在温度补偿方面的应用热敏电阻也作为电路的补偿元件而被广泛应用。它不仅可补偿相反电阻温度系数的器件，也能补偿电路某种成份的特性，如晶体振荡器的温度一频率特性、放大器传输系统的衰减一频率特性等。热敏电阻广泛地用于晶体
15、管线路的温度补偿、电视阴极射线管架的温度补偿、电气仪表温度补偿和伺服机构中动圈的温度补偿等。如西德生产一种温度补偿元件，为二极管、 欧姆电阻、热敏电阻的组合体，它能较为理想地满足晶体管低频末级稳定温度的要求，尺寸很小，只占有很微小的空间位置，温度稳定性很好。5.4 用于测流量用 SiC 热敏电阻可作旋进型漩涡流量计的敏热元件。近年来， 国外这种仪表发展十分迅速，被认为是七十年代的新型仪表。其优点是: 精度高、量程比宽、灵敏、无可动部件、休积小、 重量轻， 并且具有与流量成正比的脉冲信号输出，易于与数字仪表和计算机配套，便于安装，便于维修。5.5 用于测压力国外发现 SiC 热敏电阻的特性很适宜
16、于制作压力敏感元件，已制得用于测微压的一种单桥路系统。 这种元件与相同外形尺寸的其他元件比较具有更高的信号输出。如美国金刚砂公司发明了一种单晶SiC 热敏电阻元件， 可以做为压力敏感元件，该元件灵敏度高、 再现性好、化学稳定性好。此外，热敏电阻还可以测风速、流速、真空，作温度一频率和温度一时间变换，还可以稳压、稳幅。薄膜热敏电阻可用于检测流量，用于计算机和超高频电路，红外辐射检测 （如非接触式红外辐射温度计红外图象仪、红外显微镜、红外分析仪等）、厚度计、火箭探测、探伤等。6、半导体热敏电阻特性的研究（实验）6.1 实验原理半导体材料做成的热敏电阻是对温度变化表现出非常敏感的电阻元件，它能测量出温度的微小变化，并且体积小，工作稳定，结构简单。因此，它在测温技术、无线电技术、自动化和遥控等方面都有广泛的应用。半导体热敏电阻的基本特性是它的温度特性，而这种特性又是与半导体材料的导电机制密切相关的。由于半导体中的载流
