熱敏電阻主要作用是什么?

發(fā)布時間:2023-11-09
熱敏電阻包括正溫度系數(ptc)和負溫度系數(ntc)熱敏電阻。隨著溫度慢慢升高時,熱敏電阻的阻值會逐漸變大,溫度慢慢降低時,阻值隨之變?。还蚀?,利用熱敏電阻對溫度的敏感特性,在電路中可以用來作為測量溫度的傳感器件。
熱敏電阻的主要特點是:①靈敏度較高,其電阻溫度系數要比金屬大10~100倍以上;②工作溫度范圍寬,常溫器件適用于-55℃~315℃,高溫器件適用溫度高于315℃(目前最高可達到2000℃)低溫器件適用于-273℃~55℃; ③體積小,能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體內血管的溫度;④使用方便,電阻值可在0.1~100kω間任意選擇;⑤易加工成復雜的形狀,可大批量生產;⑥穩(wěn)定性好、過載能力強.
由于半導體熱敏電阻有獨特的性能,所以在應用方面它不僅可以作為測量元件(如測量溫度、流量、液位等),還可以作為控制元件(如熱敏開關、限流器)和電路補償元件。熱敏電阻廣泛用于家用電器、電力工業(yè)、通訊、軍事科學、宇航等各個領域,發(fā)展前景極其廣闊。
一、ptc熱敏電阻
ptc(positive temperature coeff1cient)是指在某一溫度下電阻急劇增加、具有正溫度系數的熱敏電阻現象或材料,可專門用作恒定溫度傳感器。該材料是以batio3或srtio3或pbtio3為主要成分的燒結體, 其中摻入微量的nb、ta、bi、sb、y、la等氧化物進行原子價控制而使之半導化,常將這種半導體化的batio3等材料簡稱為半導(體)瓷;同時還添加增大其正電阻溫度系數的mn、fe、cu、cr的氧化物和起其他作用的添加物,采用一般陶瓷工藝成形、高溫燒結而使鈦酸鉑等及其固溶體半導化,從而得到正特性的熱敏電阻材料.其溫度系數及居里點溫度隨組分及燒結條件(尤其是冷卻溫度)不同而變化。
鈦酸鋇晶體屬于鈣鈦礦型結構,它是一種鐵電材料,純鈦酸鋇是一種絕緣材料。 在鈦酸鋇材料中加入微量稀土元素,進行適當熱處理后,在居里溫度附近,電阻率陡增幾個數量級,產生ptc效應,此效應與batio3晶體的鐵電性及其在居里溫度附近材料的相變有關。鈦酸鋇半導瓷是一種多晶材料,晶粒之間存在著晶粒間界面。 該半導瓷當達到某一特定溫度或電壓,晶體粒界就發(fā)生變化,從而電阻急劇變化。
鈦酸鋇半導瓷的ptc效應起因于粒界(晶粒間界)。對于導電電子來說,晶粒間界面相當于一個勢壘。溫度低時,由于鈦酸鋇內電場的作用,導致電子極容易越過勢壘,則電阻值較小。 當溫度升高到居里點溫度(即臨界溫度)附近時,內電場受到破壞,它不能幫助導電電子越過勢壘。這相當于勢壘升高,電阻值突然增大,產生ptc效應。鈦酸鋇半導瓷的ptc效應的物理模型有海望表面勢壘模型、丹尼爾斯等人的鋇缺位模型和疊加勢壘模型,它們分別從不同方面對ptc效應作出了合理解釋。
ptc熱敏電阻于1950年出現,隨后1954年出現了以鈦酸鋇為主要材料的ptc熱敏電阻。ptc熱敏電阻在工業(yè)上可用作溫度的測量與控制, 也用于汽車某部位的溫度檢測與調節(jié),還大量用于民用設備,如控制瞬間開水器的水溫、空調器與冷庫的溫度, 利用本身加熱作氣體分析和風速機等方面。
ptc熱敏電阻除用作加熱元件外,同時還能起到“開關”的作用,兼有敏感元件、加熱器和開關三種功能,稱之為“熱敏開關”。 電流通過元件后引起溫度升高,即發(fā)熱體的溫度上升,當超過居里點溫度后,電阻增加,從而限制電流增加, 于是電流的下降導致元件溫度降低,電阻值的減小又使電路電流增加,元件溫度升高,周而復始,因此具有使溫度保持在特定范圍的功能,又起到開關作用。 利用這種阻溫特性做成加熱源,作為加熱元件應用的有暖風器、電烙鐵、烘衣柜、空調等,還可對電器起到過熱保護作用.
二、ntc熱敏電阻
ntc(negative temperature coeff1cient)是指隨溫度上升電阻呈指數關系減小、具有負溫度系數的熱敏電阻現象和材料。 該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進行充分混合、成型、燒結等工藝而成的半導體陶瓷,可制成具有負溫度系數(ntc)的熱敏電阻。它的其電阻率和材料常數隨材料成分比例、燒結氣氛、燒結溫度和結構狀態(tài)不同而變化?,F在還出現了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系ntc熱敏電阻材料。
ntc熱敏電阻器的發(fā)展經歷了漫長的階段。1834年,科學家首次發(fā)現了硫化銀有負溫度系數的特性。1930年,科學家發(fā)現氧化亞銅-氧化銅也具有負溫度系數的性能,并將之成功地運用在航空儀器的溫度補償電路中。隨后,由于晶體管技術的不斷發(fā)展,熱敏電阻器的研究取得重大進展。1960年研制出了ntc熱敏電阻器,廣泛用于測溫、控溫、溫度補償等方面。
它的測量范圍一般為-10~+300℃,也可做到-200~+10℃。
熱敏電阻器溫度計的精度可以達到0.1℃,感溫時間可少至10s以下。 它不僅適用于糧倉測溫儀,同時也可應用于食品儲存、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學種田、海洋、深井、高空、冰川等方面的溫度測量.
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