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热敏电阻(英語:thermistor)是一种传感器电阻,电阻值隨着溫度的变化而改变,且体积隨溫度的变化較一般的固定电阻要大很多。热敏电阻的英文「thermistor」是由Thermal(熱)及resistor(电阻)兩詞組成的混成詞。热敏电阻属可变電阻的一类,广泛应用于各种电子元件中,例如湧流電流限制器英语Inrush current limiter溫度傳感器可復式保險絲、及自動調節的加熱器英语Heating element等。

热敏电阻
NTC bead.jpg
负溫度系数(NTC)熱敏电阻器,珠型,绝缘電線
类型 被動元件
工作原理 電阻
电路符号
Thermistor.svg

不同於電阻溫度計使用純金屬,在熱敏電阻器中使用的材料通常是陶瓷聚合物。兩者也有不同的溫度響應性質,電阻溫度計適用於較大的溫度範圍;而熱敏電阻通常在有限的溫度範圍內實現較高的精度,通常是-90℃〜130℃。[1]

基本特性编辑

热敏电阻最基本的特性是其阻值随温度的变化有极为显著的变化,以及伏安曲线呈非线性。若电子和空穴的浓度分别为  ,迁移率分别为  ,则半导体的电导为:

   

因为    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。

假設,電阻和溫度之間的關係是線性的,則: : 

  = 電阻變化
  = 溫度變化
  = 一階的電阻溫度係數

熱敏電阻可以依 值大致分為兩類:

  •  為正值,電阻隨溫度上昇而增加,稱為正溫度係數PTCPositive Temperature Coefficient)熱敏電阻。
  •  為負值,電阻隨溫度上昇而減少,稱為負溫度係數NTCNegative Temperature Coefficient)熱敏電阻。

此外還有一種临界温度热敏电阻(CTRCritical Temperature Resistance),在一定溫度範圍內,其電阻會有大幅的變化[2]

非熱敏電阻的一般電阻,其 一般都相當接近零,因此在一定的溫度範圍內其電阻值可以接近一定值。

有時熱敏電阻不用溫度係數k來描述,而是用電阻溫度係數 來描述,其定義為[3]

 

此處的 係數和以下的 參數是不同的。

斯坦哈特-哈特公式编辑

在實務上,上述的線性近似只在很小溫度範圍下適用,若要考慮精密的溫度量測,需要更詳細的描述溫度-電阻曲線。斯坦哈特-哈特公式英语Steinhart–Hart equation是廣為使用的三階近似式:

 

其中abc稱為斯坦哈特-哈特參數,每個熱敏電阻有不同的參數,T是以開爾文表示的溫度,R是電阻,單位是歐姆,若要電阻以溫度的函數表示,可以整理為下式:

 

其中

 

在二百度的範圍內,斯坦哈特-哈特公式的誤差多半小於0.02 °C[4]。例如,室溫下(25 °C = 298.15 K)電阻值為3000 Ω的熱敏電阻,其參數為

 

NTC熱敏電阻的參數编辑

NTC熱敏電阻的電阻值隨溫度的上昇而下降,也可以用B(或β)參數來描述其特性,其實就是參數為 ,   斯坦哈特-哈特公式英语Steinhart–Hart equation

 

其中

  • T:溫度,單位為K
  • R0:為溫度T0 (25 °C = 298.15 K)時的電阻

求解R可得

 

或者

 

其中 .

因此可以求解溫度為

 

B參數的方程也可以表示為 ,可以得熱敏電阻溫度及電阻的方程式轉換為  的線性方程式。由其平均斜率可以得到B參數的估計值。

歷史编辑

第一個NTC熱敏電阻是法拉第在1833年研究硫化銀的半導體特性時發現的。法拉第注意到硫化銀的阻值隨著溫度上昇而大幅下降(這也是第一次對於半導體材料特性的記錄) [5]

早期因為熱敏電阻不易生產,且應用的技術受限,商業化的使用一直到1930年代才開始[6]。第一個在商業應用上可行的熱敏電阻是由Samuel Ruben在1930年發明[7]

應用領域编辑

  • 溫度偵測
  • 電路開關
  • 湧流抑制
  • 马达延时启动
  • 过热保护

相關條目编辑

参考文献编辑

  1. ^ "NTC Thermistors". Micro-chip Technologies. 2010.
  2. ^ 李宏. 神奇的新材料(海洋与科技探索之旅). 青苹果数据中心. 11 December 2013: 167–. GGKEY:JUBFQGAWFWC. 
  3. ^ Thermistor Terminology. U.S. Sensor
  4. ^ "Practical Temperature Measurements" 互联网档案馆存檔,存档日期2009-08-24.. Agilent Application Note. Agilent Semiconductor.
  5. ^ 1833 - First Semiconductor Effect is Recorded. Computer History Museum. [24 June 2014]. 
  6. ^ McGee, Thomas. Chapter 9. Principles and Methods of Temperature Measurement. John Wiley & Sons. 1988: 203. 
  7. ^ Jones, Deric P. (编). Biomedical Sensors. Momentum Press. 2009: 12. 

外部連結编辑