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热敏电阻的分类介绍

    作者:realchip   时间:2016/11/11 14:25:27
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     热敏电阻是开发早、种类多、教成熟的敏感元器件。热敏电阻主要由半导体材料制成,大多为负温度系数,即是阻值随温度增加而降低。热敏电阻的常用类型有哪些呢?下面小编就来具体介绍一下热敏电阻的分类吧。
 
ptc
 
ptc(positive temperature coefficient)是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻现象或材料,可专门用作恒定温度传感器.该材料是以batio3或srtio3或pbtio3为主要成分的烧结体,其中掺入微量的nb、ta、 bi、 sb、y、la等氧化物进行原子价控制而使之半导化,常将这种半导体化的batio3等材料简称为半导(体)瓷;同时还添加增大其正电阻温度系数的mn、fe、cu、cr的氧化物和起其他作用的添加物,采用一般陶瓷工艺成形、高温烧结而使钛酸铂等及其固溶体半导化,从而得到正特性的热敏电阻材料.其温度系数及居里点温度随组分及烧结条件(尤其是冷却温度)不同而变化.
 
钛酸钡晶体属于钙钛矿型结构,是一种铁电材料,纯钛酸钡是一种绝缘材料.在钛酸钡材料中加入微量稀土元素,进行适当热处理后,在居里温度附近,电阻率陡增几个数量级,产生ptc效应,此效应与batio3晶体的铁电性及其在居里温度附近材料的相变有关.钛酸钡半导瓷是一种多晶材料,晶粒之间存在着晶粒间界面.该半导瓷当达到某一特定温度或电压,晶体粒界就发生变化,从而电阻急剧变化.
 
钛酸钡半导瓷的ptc效应起因于粒界(晶粒间界).对于导电电子来说,晶粒间界面相当于一个势垒.当温度低时,由于钛酸钡内电场的作用,导致电子极容易越过势垒,则电阻值较小.当温度升高到居里点温度(即临界温度)附近时,内电场受到破坏,它不能帮助导电电子越过势垒.这相当于势垒升高,电阻值突然增大,产生ptc效应.钛酸钡半导瓷的ptc效应的物理模型有海望表面势垒模型、丹尼尔斯等人的钡缺位模型和叠加势垒模型,它们分别从不同方面对ptc效应作出了合理解释.
 
实验表明,在工作温度范围内,ptc热敏电阻的电阻-温度特性可近似用实验公式表示:
rt=rt0 expbp(t-t0)
热敏电阻式中rt、rt0表示温度为t、t0时电阻值,bp为该种材料的材料常数.
ptc效应起源于陶瓷的粒界和粒界间析出相的性质,并随杂质种类、浓度、烧结条件等而产生显著变化.最近,进入实用化的热敏电阻中有利用硅片的硅温度敏感元件,这是体型小且精度高的ptc热敏电阻,由n型硅构成,因其中的杂质产生的电子散射随温度上升而增加,从而电阻增加.
ptc热敏电阻于1950年出现,随后1954年出现了以钛酸钡为主要材料的ptc热敏电阻。ptc热敏电阻在工业上可用作温度的测量与控制,也用于汽车某部位的温度检测与调节,还大量用于民用设备,如控制瞬间开水器的水温、空调器与冷库的温度,利用本身加热作气体分析和风速机等方面.下面简介一例对加热器、马达、变压器、大功率晶体管等电器的加热和过热保护方面的应用。
 
ptc热敏电阻除用作加热元件外,同时还能起到“开关”的作用,兼有敏感元件、加热器和开关三种功能,称之为“热敏开关”.电流通过元件后引起温度升高,即发热体的温度上升,当超过居里点温度后,电阻增加,从而限制电流增加,于是电流的下降导致元件温度降低,电阻值的减小又使电路电流增加,元件温度升高,周而复始,因此具有使温度保持在特定范围的功能,又起到开关作用.利用这种阻温特性做成加热源,作为加热元件应用的有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等,还可对电器起到过热保护作用.
 
ntc
 
ntc(negative temperature coefficient)是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热现象和材料.该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷,可制成具有负温度系数(ntc)的热敏电阻.其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化.现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系ntc热敏电阻材料.
 
ntc热敏半导瓷大多是尖晶石结构或其他结构的氧化物陶瓷,具有负的温度系数,电阻值可近似表示为:
rt = rt *exp(bn*(1/t-1/t0)
式中rt、rt0分别为温度t、t0时的电阻值,bn为材料常数.陶瓷晶粒本身由于温度变化而使电阻率发生变化,这是由半导体特性决定的.
ntc热敏电阻器的发展经历了漫长的阶段.1834年,科学家首次发现了硫化银有负温度系数的特性.1930年,科学家发现氧化亚铜-氧化铜也具有负温度系数的性能,并将之成功地运用在航空仪器的温度补偿电路中.随后,由于晶体管技术的不断发展,热敏电阻器的研究取得重大进展.1960年研制出了n1c热敏电阻器.ntc热敏电阻器广泛用于测温、控温、温度补偿等方面.下面介绍一个温度测量的应用实例.
它的测量范围一般为-10~+300℃,也可做到-200~+10℃,甚至可用于+300~+1200℃环境中作测温用.rt为ntc热敏电阻器;r2和r3是电桥平衡电阻;r1为起始电阻;r4为满刻度电阻,校验表头,也称校验电阻;r7、r8和w为分压电阻,为电桥提供一个稳定的直流电源.r6与表头(微安表)串联,起修正表头刻度和限制流经表头的电流的作用.r5与表头并联,起保护作用.在不平衡电桥臂(即r1、rt)接入一只热敏元件rt作温度传感探头.由于热敏电阻器的阻值随温度的变化而变化,因而使接在电桥对角线间的表头指示也相应变化.这就是热敏电阻器温度计的工作原理.
 
热敏电阻器温度计的精度可以达到0.1℃,感温时间可少至10s以下.它不仅适用于粮仓测温仪,同时也可应用于食品储存、医药卫生、科学种田、海洋、深井、高空、冰川等方面的温度测量.
 
ctr
 
临界温度热敏电阻ctr(critical temperature resistor)具有负电阻突变特性,在某一温度下,电阻值随温度的增加激剧减小,具有很大的负温度系数.构成材料是钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合烧结体,是半玻璃状的半导体,也称ctr为玻璃态热敏电阻.骤变温度随添加锗、钨、钼等的氧化物而变.这是由于不同杂质的掺入,使氧化钒的晶格间隔不同造成的.若在适当的还原气氛中五氧化二钒变成二氧化钒,则电阻急变温度变大;若进一步还原为三氧化二钒,则急变消失.产生电阻急变的温度对应于半玻璃半导体物性急变的位置,因此产生半导体-金属相移.ctr能够作为控温报警等应用.
 
热敏电阻的理论研究和应用开发已取得了引人注目的成果.随着高、精、尖科技的应用,对热敏电阻的导电机理和应用的更深层次的探索,以及对性能优良的新材料的深入研究,将会取得迅速发展.
 
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