2.4 热敏电阻

　　热敏电阻用陶瓷半导体材料制成，一般说来，这是一种温度系数很高的电阻材料。金属电阻与热力学温度成比例，而陶瓷半导体的电阻与其呈指数关系。热敏电阻可分为正温度系数（PTC）热敏电阻器、负温度系数（NTC）热敏电阻器和临界温度热敏电阻器（CTR）、线性热敏电阻器。
　　大多数的热敏电阻具有负温度系数，简称为NTC型热敏电阻，其阻值与温度的关系，可用下列公式表述：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　

式中：

为温度为T时的阻值，单位

；T为温度，单位K；e为自然对数的底；A、B为取决于材质和结构的常数，其中A的量纲为

；B的量纲为K。
　　用曲线表示上述关系，如图2-1所示，温度越高，阻值越低，而且呈明显的非线性关系。
　　常数B可通过试验求出，先测出温度

和

之下的两个电阻值

和

　　　　　　　　　　　　　

将两式相除得
　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　即

　　　　　　　　　　　　　所以

　　根据上式的关系，有时把NTC热敏电阻的阻值变化规律写成下式：
　　　　　　　　　　　　　　　 

式中：

为T（K）时热敏电阻的阻值；

为

时热敏电阻的阻值；

为温度为273.15K；B为热敏电阻常数。
　　热敏电阻在其本身温度变化1℃时，电阻值的相对变化量，称为热敏电阻的温度系数，温度系数用

表示。
　　与金属热电阻相比，热敏电阻的阻值变化量要高10多倍，而且其电阻温度系数也不是常数，而是随温度变化的。因此，一般是把B（单位为K）看作是常数，来求出电阻温度系数的。这也说明，B值越大，热敏电阻随温度变化的程度就越大。对一般常用材料来说，B值范围2000~10000 K，常用值是3000K左右。
　　从前面的公式与说明中可以看出：随着温度的变化，热敏电阻阻值有很大的变化，从实用上来说，容易得到很大的信号变化。此外，与金属热电阻相比，很容易制出数kΩ至数百kΩ的热敏电阻，所以即便是加长引线，引线的电阻也可以忽略不计，这就是热敏电阻的优点。但另一方面，温度范围很宽时，因为因阻值变化过大，用简单的电路难以测量，这是其缺点。热敏电阻的特点是：用很简单的电路可以检测某一特定点的温度，测试精度高；但想测量宽范围的温度时，用金属热电阻或热电偶好些。热敏电阻大致可分为两类，一类是用MnO-NiO-CoO-Fe₂O₃制得的较低温度测量用热敏电阻，另一类是用ZrO₂或Al₂O₃系列材料制成的高温测量用热敏电阻。适于中温测量用的材料则很少。
　2.4.1高温用热敏电阻
　　随着汽车排放法规的执行与不断地加严，人们迫切地要求能够对催化剂的异常高温随时报警，在这种背景下，厂家陆续地研制出多种高温用热敏电阻。前面讲过的热敏电阻的耐热容许温度仅达300℃，高温热敏电阻采用的新开发出的材料，见表2-5所示。
　　高温热敏电阻的B常数非常高，其值为10000~15000 K，典型的ZrO₂-Y₂O₃系列材料中， ZrO₂本身的融点高达2800℃，因其耐热性好，从实际应用角度来看，这是一种最好的材料。