1833年，熱敏電阻從1930年代開始商業(yè)化，當(dāng)時(shí)著名的邁克爾法拉第發(fā)現(xiàn)了基本原理。盡管是具有如此悠久歷史的溫度傳感器，但由于其良好的性能、高通用性和突出的性價(jià)比，它仍然在廣泛的行業(yè)中不可或缺。

家用電器，如空調(diào)和咖啡機(jī)。個(gè)人電腦、智能手機(jī)等精密設(shè)備。從醫(yī)療設(shè)備到太空探索，例子不勝枚舉。這種熱敏電阻是一種什么樣的溫度傳感器？與常用作溫度標(biāo)準(zhǔn)的金屬電阻溫度計(jì)有什么區(qū)別？在本文中，英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師將深入介紹熱敏電阻的概述、原理和機(jī)理，以及它們的用途和用法。

一、什么是熱敏電阻？

熱敏電阻最初是指電阻值隨溫度變化而變化的電阻器。使用的時(shí)候，使這個(gè)電阻與被測(cè)物體接觸，檢測(cè)產(chǎn)生的電阻的位移差，我們稱這種測(cè)量溫度的溫度傳感器稱為熱敏電阻。

同樣，工業(yè)應(yīng)用中使用的金屬電阻溫度計(jì)是一種溫度傳感器，它利用電阻隨溫度的變化。實(shí)際上，熱敏電阻是一種使用金屬氧化物半導(dǎo)體作為電阻的傳感器。正如開頭提到的，邁克爾法拉第發(fā)現(xiàn)硫化銀半導(dǎo)體的電阻隨著溫度的變化而急劇下降，后來被塞繆爾·魯本商業(yè)化。

目前，由于其高靈敏度和高精度，它已被很好地用于重視耐用性、可靠性和穩(wěn)定性的溫度測(cè)量。雖然熱敏電阻的材料很多，但與金屬等導(dǎo)體相比，半導(dǎo)體具有更容易加工、更小、更輕的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于其響應(yīng)速度快，它也適用于小直徑精密設(shè)備。

由于利用電阻變化的性質(zhì)，它不僅用作溫度計(jì)和空調(diào)的溫度檢測(cè)的溫度控制裝置，也用于電熱水壺、熨斗、智能手機(jī)等的過熱保護(hù)，也用于保護(hù)電路等，也用于電流控制。

據(jù)說它是一種適用于 50°C至150°C測(cè)量的溫度傳感器，但由于其通用性高，已經(jīng)開發(fā)出各種產(chǎn)品，并且?guī)в刑厥馔繉拥臒崦綦娮杩梢允褂玫?00°C。值得注意的是，所有熱敏電阻相對(duì)于電阻的溫度特性都是非線性的，不適合大范圍的溫度測(cè)量。

二、什么是NTC熱敏電阻？

熱敏電阻可以根據(jù)電阻值的變化方式分為三種，但人們還是喜歡統(tǒng)稱為“熱敏電阻”！首先，我們講講NTC熱敏電阻。

①原理/機(jī)制

NTC是一種熱敏電阻，是“負(fù)溫度系數(shù)”的首字母縮寫。正如上一節(jié)中所說明的，其原理是要知道對(duì)象的溫度從在電阻值的變化量來測(cè)量，由于溫度變化而變化，但它是大的是，電阻減小作為溫度上升以至于它變成“負(fù)面”。這是一個(gè)特征。

通過混合鎳、錳、鈷和鐵等氧化物燒結(jié)而成的陶瓷半導(dǎo)體（金屬氧化物燒結(jié)體）用作傳感器。實(shí)際上，要摻雜的物質(zhì)決定了是形成n型半導(dǎo)體還是p型半導(dǎo)體。通常，當(dāng)半導(dǎo)體沒有受到任何外部刺激（不施加光、不施加電壓等）時(shí)，電子不會(huì)移動(dòng)并且?guī)缀鯖]有電流流動(dòng)。換言之，電阻值高。

在NTC熱敏電阻中，認(rèn)為是因?yàn)殡S著金屬氧化物半導(dǎo)體的溫度升高，自由電子和空穴移動(dòng)，結(jié)果，電流流動(dòng)，所以電阻值降低。

②特性

NTC熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)是每1℃會(huì)降低3至5%。考慮到鉑等金屬的電阻值每1°C變化只有幾個(gè)百分點(diǎn)左右，可以看出NTC熱敏電阻即使溫度變化很小也表現(xiàn)出很大的電阻變化。

從這些特性來看，可以說是能夠靈敏檢測(cè)微小溫差的高精度溫度傳感器。此外，由于電阻器是由相對(duì)便宜的材料制成，因此可以批量生產(chǎn)且成本低，這是NTC熱敏電阻的另一個(gè)特點(diǎn)。

它具有 50°C至500°C的寬廣工作溫度范圍，在從日常用品到工業(yè)應(yīng)用的所有電子設(shè)備中都扮演著溫度傳感器的角色。此外，引線型、尖端型等一般都是一字排開的。

③用途

由于其高靈敏度，NTC熱敏電阻用作電子溫度計(jì)的溫度檢測(cè)傳感器，汽車的進(jìn)氣/排放溫度檢測(cè)器，以及空調(diào)的室內(nèi)/室外機(jī)。它還用作溫度補(bǔ)償，通過檢測(cè)智能手機(jī)和液晶顯示器等移動(dòng)設(shè)備的過熱來控制電壓。

三、什么是PTC熱敏電阻？

PTC熱敏電阻是僅次于NTC熱敏電阻的第二個(gè)最常用的熱敏電阻。

①原理/機(jī)制

PTC代表正溫度系數(shù)，是指隨著溫度升高到一定溫度以上，其阻值急劇增加的熱敏電阻。Posista這個(gè)名字也已經(jīng)耳熟能詳，以鈦酸鋇為主要成分和少量稀土元素（Kidoruigenso，意為稀土）的多晶陶瓷用作電阻器。

鈦酸鋇具有鐵電物質(zhì)的特性，其介電常數(shù)隨溫度而變化。這里說的“當(dāng)超過某個(gè)溫度時(shí)”，這個(gè)溫度是“居里點(diǎn)”。居里點(diǎn)是鐵磁體性能喪失的溫度，換句話說，當(dāng)它低于居里點(diǎn)時(shí)，由于高介電常數(shù)和電流流動(dòng)，電子運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，即顯示低電阻值。

但是一旦超過居里點(diǎn)，物質(zhì)就會(huì)失去磁力，介電常數(shù)顯著下降，沒有電流流過，這就是電阻值增加的原因。此居里點(diǎn)的溫度因物質(zhì)而異，但一般使用范圍在 50°C至150°C左右。

②特性

PTC熱敏電阻的特點(diǎn)是，如上所述，超過居里點(diǎn)就會(huì)失去磁力，電阻急劇增加。此外，電阻增加的PTC熱敏電阻在通電時(shí)會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，從而導(dǎo)致自熱。換句話說，如果以恒定速率連續(xù)施加電壓，流過的電流會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)減少，因此它也可以作為保持任意溫度的加熱元件。

但是，這一特性也表明，熱敏電阻本身在安裝熱敏電阻的電路中可能會(huì)產(chǎn)生超過環(huán)境溫度的熱量，或者可能會(huì)影響外圍電路。因此，PTC熱敏電阻使用高性能陶瓷元件非常重要。

采用高精度陶瓷，超過一定溫度時(shí)具有電阻，可自行控制溫度。這種器件也可以使用碳黑和鎳等混合導(dǎo)電顆粒的材料，但這些材料被稱為“polyswitch”或“semifuse”，區(qū)別于陶瓷PTC，有一種傾向。

由于自發(fā)熱的特性，陣容中的很多PTC都被設(shè)計(jì)成即使在一定的大功率下也能使用。因此，它也被用作大電流下的電流控制元件。此外，引線型、尖端型等一般都是一字排開的。

四、用途

與NTC熱敏電阻一樣，它也被用作通過電阻變化檢測(cè)溫度并防止過熱的傳感器，但由于其獨(dú)有的“自發(fā)熱”特性，它也被用作加熱器等加熱元件。PTC熱敏電阻由于具有自控溫功能，因此即使沒有特殊的控制電路，只要遵守使用條件，也能安全操作，這是一個(gè)方便的點(diǎn)。這種自我控制會(huì)隨著溫度升高而增加電阻并減少產(chǎn)生的熱量，從而節(jié)省能源，減少不必要的電力消耗。

由于它可以在大電流下使用，它還可以起到保險(xiǎn)絲等保護(hù)電路的作用，作為功率晶體管和電機(jī)的熱檢測(cè)和電阻。即使由于電路中的某些事件導(dǎo)致過電流流過，連接PTC熱敏電阻也可以保護(hù)外圍電路。

此外，上面提到如果電壓持續(xù)施加一段時(shí)間，電阻會(huì)增加，流動(dòng)的電流會(huì)減少，但是這個(gè)特性也被用于電機(jī)啟動(dòng)和開關(guān)元件等應(yīng)用中。

五、什么是CTR熱敏電阻？

介紹第三種類型，CTR熱敏電阻。CTR是critical temperature resistance的縮寫，字面意思是“顯著大的溫度系數(shù)”。它是一種新型的熱敏電阻，與NTC類似，具有負(fù)溫度系數(shù)，但與PTC一樣，具有超過一定溫度范圍時(shí)電阻值急劇下降的特性。還有，這個(gè)特定的溫度也是指居里點(diǎn)。

使用通過在釩等氧化物中添加其他材料并燒結(jié)來調(diào)整的電阻器。雖然不如NTC/PTC熱敏電阻常見，但常用于常溫范圍，不僅可用于空調(diào)、冰箱等家用電器，還可用于自動(dòng)售貨機(jī)的測(cè)溫。

六、熱敏電阻的使用方法

如上所述，熱敏電阻用于各種電子設(shè)備的各種應(yīng)用。因此，“如何使用”有多種說法，但首先要檢查“如何實(shí)施”和“在什么條件下（溫度范圍）”。

①熱敏電阻的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)安裝在電路板上時(shí)，使用小芯片形狀。在這種情況下，電路配置也多種多樣，但最常見的一種是將其與其他固定電阻合并。

熱敏電阻是一種利用電阻值的傳感器，但它是通過溫度變化引起的電阻值變化來測(cè)量的。因此，需要使用另一個(gè)電阻來分壓，以便熱敏電阻可以測(cè)量熱敏電阻的輸出電壓。

我們也可以連接多個(gè)熱敏電阻以確保準(zhǔn)確性。讓我們根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目正確實(shí)現(xiàn)它。為此，下一節(jié)中解釋的“如何選擇合適的熱敏電阻”也很重要。

②如何選擇熱敏電阻

如何使用熱敏電阻很重要，但選擇哪種熱敏電阻也很重要。最重要的是檢查使用的溫度范圍，熱敏電阻的最佳溫度范圍取決于類型和產(chǎn)品，超出該范圍的測(cè)量可能會(huì)影響精度。

檢查被測(cè)設(shè)備的工作溫度范圍和熱敏電阻規(guī)格，并選擇最好的一個(gè)。舉個(gè)例子：

首先，我認(rèn)為列出了B常數(shù)和電阻值。B常數(shù)表示熱敏電阻對(duì)溫度變化的靈敏度，數(shù)值越大，靈敏度越好，即分辨率越高。如果這個(gè)B常數(shù)大，電阻值也會(huì)大，對(duì)溫度變化表現(xiàn)出很高的敏感性。

其次，注意散熱常數(shù)。這是由于熱敏電阻自發(fā)熱導(dǎo)致溫度上升1°C時(shí)所需的功率數(shù)，該值越大，測(cè)量結(jié)果越容易出現(xiàn)誤差。

我們知道，性能越高，熱敏電阻越好，但產(chǎn)品越貴。在電路設(shè)計(jì)中考慮成本是非常重要的。所以也要考慮預(yù)算，以確定規(guī)格不會(huì)對(duì)實(shí)際電路造成任何問題的產(chǎn)品。

除了這些工作溫度范圍和規(guī)格外，形狀和要求的規(guī)格會(huì)根據(jù)安裝方法以及測(cè)量對(duì)象是氣體、液體還是個(gè)人而變化。

以上就是英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師分享的“什么是NTC和PTC？熱敏電阻的原理和正確使用方法”。英銳恩專注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與開發(fā)，提供8位單片機(jī)、16位單片機(jī)、32位單片機(jī)。