傳感器應(yīng)用技術(shù) 課件 知識(shí)點(diǎn)：6.5半導(dǎo)體熱敏電阻

傳感器應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目六熱電式傳感器半導(dǎo)體熱敏電阻1.熱敏電阻的定義與特點(diǎn)

熱敏電阻也稱半導(dǎo)體熱敏電阻，是由一些金屬氧化物，如鈷（Co）、錳（Mn）、鎳（Ni）等的氧化物采用不同比例配方，高溫?zé)Y(jié)而成。其形狀有珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等。熱敏電阻的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體電阻對(duì)溫度的依賴性。這種溫度依賴性的機(jī)理是半導(dǎo)體的載流子及遷移率是隨溫度的變化而變化，當(dāng)溫度升高時(shí)，載流子數(shù)增加，電阻下降，所以呈現(xiàn)負(fù)溫度系數(shù)。同時(shí)，這種依賴性和半導(dǎo)體中摻入的雜質(zhì)成分和濃度有關(guān)，在重?fù)诫s半導(dǎo)體呈金屬的特性，即在一定溫度范圍內(nèi)呈正溫度系數(shù)。1.熱敏電阻的定義與特點(diǎn)半導(dǎo)體熱敏電阻的主要特點(diǎn)是：①靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10～100倍以上，能檢測(cè)出10-6℃溫度變化；②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小重量輕，響應(yīng)速度快，元件尺寸可做到直徑0.2mm,能夠測(cè)量其他溫度計(jì)無(wú)法測(cè)量的空隙、腔體、內(nèi)孔及生物體內(nèi)血管的溫度；③使用方便，電阻值可在（0.1～100）kΩ之間任意選擇；④適合批量生產(chǎn)，價(jià)格便宜，機(jī)械性能好，使用壽命長(zhǎng)。⑤工作溫度范圍寬,常溫器件適用于-55～315℃,高溫器件適用高于315℃以上(目前最高可達(dá)到2000C),低溫器件適用于-273～55℃；熱敏電阻的最大缺點(diǎn)是產(chǎn)品的一致性（互換性）較差，存在嚴(yán)重的非線性，所以熱敏電阻用于精度要求較高的溫度測(cè)量時(shí)必須先進(jìn)行線性化。2.熱敏電阻的分類熱敏電阻按溫度變化的典型特性分為三類：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC），正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）和在某一特性溫度下電阻值發(fā)生突變的臨界溫度熱敏電阻(CTR)。NTC，PTC，及CTR的電阻-溫度特性曲線如圖所示。3.NTC熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料，采用陶瓷工藝制造而成。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì),因?yàn)樵趯?dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時(shí)，這些氧化物材料的載流子(電子和空穴)數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。NTC熱敏電阻器在室溫下其電阻值變化范圍在102～106Ω,溫度系數(shù)為-2%～-6.5%。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器的種類很多且形狀各異,常見的約有管狀、圓片形等,其最大特點(diǎn)是電阻值與溫度的變化呈反比，即電阻阻值隨溫度的升高而降低，當(dāng)溫度大幅升高時(shí)，電阻值也大幅下降。3.NTC熱敏電阻NTC的實(shí)物如圖所示，它的測(cè)量范圍一般為-10~+300℃,也可用于-200~+10℃,甚至可用于+300~+1200℃環(huán)境中作測(cè)溫用。熱敏電阻器溫度計(jì)的精度可以達(dá)到0.1℃,感溫時(shí)間可少至10s以下。它不僅適用于糧倉(cāng)測(cè)溫儀,同時(shí)也可應(yīng)用于食品儲(chǔ)存、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學(xué)種田、海洋、深井、高空、冰川等方面的溫度測(cè)量。

MF12型NTC熱敏電阻

玻璃封裝NTC熱敏電阻

貼片式NTC熱敏電阻3.NTC熱敏電阻NTC熱敏電阻是電子體溫計(jì)最核心的測(cè)溫元件，在疫情期間發(fā)揮了巨大作用，從疫情開始到現(xiàn)在，我國(guó)人民團(tuán)結(jié)合作，共克時(shí)艱，抗擊疫情彰顯中國(guó)擔(dān)當(dāng)。病毒沒有國(guó)界，疫情不分種族。作為聯(lián)合國(guó)事業(yè)的堅(jiān)定支持者和貢獻(xiàn)者，中國(guó)與世界各國(guó)攜手發(fā)展，應(yīng)對(duì)全球挑戰(zhàn)，推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體。中國(guó)以無(wú)可辯駁的事實(shí)，充分展現(xiàn)了負(fù)責(zé)任大國(guó)的擔(dān)當(dāng)，中國(guó)以開放合作的實(shí)際行動(dòng)，與世界各國(guó)共同維護(hù)全球公共衛(wèi)生安全。抗擊疫情，中國(guó)交出了最好答卷。4.PTC熱敏電阻

正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）主要采用BATiO3系列材料，通過(guò)改變摻入的Pb，Ca，LA，Sr等雜質(zhì)來(lái)調(diào)整材料的居里點(diǎn)，從而調(diào)整了材料的溫度特性。該電阻器溫度升高時(shí)電阻值也隨之增大，而且阻值的變化與溫度的變化呈正比例關(guān)系，但電阻器的溫度超過(guò)一定值時(shí)，阻值將急劇增大，當(dāng)增大到最大值時(shí)，電阻值將隨溫度的增加而開始下降，PTC主要用于電氣設(shè)備的過(guò)熱保護(hù)，熱源的溫度控制及限流元件。4.PTC熱敏電阻

PTC熱敏電阻在工業(yè)上可用做溫度的測(cè)量與控制,還大量用于民用設(shè)備,如控制瞬間開水器的水溫、空調(diào)器與冷庫(kù)的溫度,利用本身加熱作氣體分析等方面應(yīng)用。除此之外PTC熱敏電阻還能同時(shí)還能起到“開關(guān)”的作用,兼有敏感元件、加熱器和開關(guān)三種功能,稱之為“熱敏開關(guān)”。電流通過(guò)元件后引起溫度升高,即發(fā)熱體的溫度上升,當(dāng)超過(guò)居里點(diǎn)溫度后,電阻增加,從而限制電流增加,于是電流的下降導(dǎo)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(fù)始,因此具有使溫度保持在特定范圍的功能,又起到開關(guān)作用。利用這種阻溫特性做成加熱源,作為加熱元件應(yīng)用的有暖風(fēng)器、電烙鐵、烘衣柜、空調(diào)等,還可對(duì)電器起到過(guò)熱保護(hù)作用。5.CTR熱敏電阻

臨界溫度熱敏電阻CTR具有負(fù)電阻突變特性,在某一溫度下,電阻值隨溫度的增加急劇減小,具有很大的負(fù)溫度系數(shù)。構(gòu)成材料是釩、鋇、銀、磷等元素的氧化物的混合燒結(jié)體,是半玻璃狀的半導(dǎo)體,CTR也稱為玻璃態(tài)熱敏電阻,驟變溫度隨添加的鍺、鎢、鉬等的氧化物的量而變。這是由于不同雜質(zhì)的摻入,使氧化釩的晶格間隔不同造成的。若在適當(dāng)?shù)倪€原氣氛中五氧化二釩變成二氧化釩,則電阻急變溫度變大；若進(jìn)一步還原為三氧化二釩,則急變消失。產(chǎn)生電阻急變的溫度對(duì)應(yīng)于半玻璃半導(dǎo)體物性急變的位置,因此產(chǎn)生半導(dǎo)體-金屬相移。CTR能夠作為控溫報(bào)警等應(yīng)用。6.熱敏電阻結(jié)構(gòu)熱敏電阻分直熱式和旁熱式兩種，常用的熱敏電阻外型及其符號(hào)示于下圖中。熱敏電阻外形圖及符號(hào)表達(dá)7.常用熱敏電阻特性熱敏電阻是非線性電阻，它的非線性特性表現(xiàn)在其電阻值與溫度間呈指數(shù)關(guān)系和電流隨電壓的變化而不服從歐姆定律。下圖a給出了國(guó)產(chǎn)的RRC4型熱敏電阻的熱電特性曲線，圖b則是(Ba.Sr)TiO3+La熱敏電阻的熱電特性曲線。從圖中可見：圖b中的曲線具有較大的正溫