電阻值隨溫度變化而變化的敏感元件。在工作溫度范圍內,電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(PTC)熱敏電阻器;電阻值隨溫度上升而減小的是負溫度系數(NTC)熱敏電阻器。圖中為四種常見的熱敏電阻器的電阻-溫度特性曲線。曲線 1是金屬熱敏電阻器。它的電阻值隨溫度上升而線性增加,電阻溫度系數為+0.004K-1左右。曲線2是普通負溫度系數熱敏電阻器。它的電阻值隨溫度上升而呈指數減小,室溫下的電阻溫度系數為-0.02K-1~-0.06K-1。曲線3是臨界熱敏電阻器(CTR)。它的電阻值在某一特定溫度附近隨溫度上升而急劇減小,變化量達到2~4個數量級。曲線4A和4B是鈦酸鋇系正溫度系數熱敏電阻器。前者為緩變型,室溫下的電阻溫度系數在+0.03~+0.08K-1之間;后者為開關型,在某一較小溫度區間,電阻值急增幾個數量級,電阻溫度系數可達+0.10~+0.60K-1。

1871年西門子公司首先用純鉑制成測溫用鉑熱敏電阻器,之后又出現純銅和純鎳熱敏電阻器。這類純金屬熱敏電阻器有極好的重復性和穩定性。早在1834年以前,M.法拉第就發現硫化銀等半導體材料具有很大的負電阻溫度系數。但直到20世紀30年代,才使用硫化銀、二氧化鈾等材料制成有實用價值的熱敏電阻器。1940年美國J.A.貝克等人發現某些過渡金屬氧化物經混合燒結后,成為具有很大負溫度系數的半導體,而且性能相當穩定。1946年后生產的普通負溫度系數熱敏電阻器,絕大多數是用這種合成氧化物半導體制成的。1954年P.W.哈依曼等人發現添加微量稀土元素的鈦酸鋇陶瓷具有較理想的正電阻溫度系數,以后在此基礎上制成了熱敏電阻器,并發展成系列品種,應用范圍日益擴大。

熱敏電阻器種類繁多,一般按阻值溫度系數可分為負電阻溫度系數(以下簡稱負溫系數)和正電阻溫度系數(以下簡稱正溫系數)熱敏電阻器;

按其阻值隨溫度變化的大小可分為:緩變和突變型;

按其受熱方式可分為:直熱式和旁熱式;

按其工作溫度范圍可分為:常溫、高溫和超低溫熱敏電阻器;

按其結構分類有:棒狀、圓片、方片、墊圈狀、球狀、線管狀、薄膜以及厚膜等熱敏電阻器。

是對溫度靈敏度高,熱惰性小,壽命長,體積小,結構簡單,以及可制成各種不同的外形結構。因此,隨著工農業生產以及科學技術的發展,這種元件已獲得了廣泛的應用,如溫度測量、溫度控制、溫度補償、液面測定、氣壓測定、火災報警、氣象探空、開關電路、過荷保護、脈動電壓抑制、時間延遲、穩定振幅、自動增益調整、微波和激光功率測量等等。

隨著近代軍事技術、特別是空間技術的發展,對熱敏電阻器除了要求高可靠、長壽命、超高溫和超低溫外,還需要靈敏度更高、不需致冷、性能優良的測輻射功率的熱敏器件。

熱敏電阻器的主要特性參數有電阻-溫度特性、電壓-電流特性和熱時間常數。

① 電阻-溫度特性:特性曲線如圖所示。金屬熱敏電阻器的電阻-溫度關系可表示為

Rt=R0(1+αt) (1)

式中Rt為溫度t攝氏度時的電阻值,R0為溫度0攝氏度時的電阻值,α 為工作溫度區間的平均溫度系數。普通負溫度系數熱敏電阻器的電阻溫度關系可表示為

RT=AeB/T (2)

式中 RT為溫度T(K)時的電阻值,A為與熱敏電阻器材料和結構有關的系數,B為材料的特性常數。根據溫度系數的定義,(見右圖)。

于是,α和B的關系是

臨界熱敏電阻器以及鈦酸鋇系正溫度系數熱敏電阻器的電阻溫度關系不易用數學式表達,一般用特性曲線或某溫度下的電阻溫度系數值來表示。

② 電壓-電流特性:在規定溫度和靜止空氣中,熱敏電阻器達到熱平衡時兩端的電壓與其中流過的穩態電流之間的關系,通常呈非線性。

③ 熱時間常數:當環境溫度從溫度T1突變到溫度T2,熱敏電阻體的溫度變化到等于(T2-T1)的63.2%時所需的時間。

熱敏電阻器用途十分廣泛。主要的應用方面有:

1、利用電阻-溫度特性來測量溫度、控制溫度和元件、器件、電路的溫度補償;

2、利用非線性特性完成穩壓、限幅、開關、過流保護作用;

3、利用不同媒質中熱耗散特性的差異測量流量、流速、液面、熱導、真空度等;

4、利用熱慣性作為時間延遲器。