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1、5.4 NTC热敏电阻器,一八三七年 人们就发现了硫化银等一些半导体材料具有很大的负温度系数。一九三二年 一九三二年相继有氧化铀、氧化铜和硫化银等热敏电阻器问世。缺点：不仅稳定性差，而且必须在保护气氛中使用。从而限制了它们的应用和发展。,四十年代 发现用某些过渡金属Mn、Co、Cu、Ni等氧化物陶瓷半导体制成的NTC热敏电阻器，性能稳定，可以在空气中直接使用，因而得到了很大的发展，至今各国生产的常温NTC热敏电阻器大都是用这类材料制成的。,五十年代 NTC热敏电阻器进入了一个全面发展时期，先后制成：以Al、Mg、Be等耐高温氧化物和过渡金属氧化物的高温NTC热敏电阻。目前 国际上已有工作温度为
2、3001500的产品，以过渡金属氧化物陶瓷半导体为基的低温NTC热敏电阻器，常用的工作温区有420K、2080K、77300K等三档,以氧化钒为基的临界负温度系数热敏电阻器，在临界温度附近，阻值变化可高达1000倍近年来随着厚薄膜工艺的成熟和集成技术的发展，又制成了硼、碳化硅溅射薄膜NTC热敏电阻器。,5.4.1 NTC热敏陶瓷半导体的导电机理,NTC热敏陶瓷半导体：由一种或一种以上的过渡金属氧化物为主的烧结体其阻温特性：由这些氧化物晶体的导电机制决定下面就以能带结构和晶体结构为基础，讨论NiO等过渡金属氧化物的导电机理。,1.跳跃式导电,NiO具有立方对称的氯化钠型结构，是一种典型离子晶体，
3、Ni是一种易变价的过渡金属。在正常温度下，纯NiO晶体是良好的绝缘体，其室温电阻率可高达51014cm。,当NiO中有氧过剩或掺入一价的Li1+离子时，它的电导率就急剧增加，呈现P型半导体的特性。如在NiO掺入Li时，Li1+离子取代了Ni2+离子，并在它的取代位置上产生了一个有效负电荷。为了保持整个晶体的电中性，它就把邻近位置上的Ni2+离子转变成Ni3+离子而形成Li1+Ni3+离子对。,这个Li1+Ni3+离子对所对应的能级和Ni2+能级非常靠近，是一个受主能级，当受主Li1+Ni3+受到激发时它就吸收附近的Ni2+离子的一个电子形成Li1+Ni2+而把这个Ni2+离子变成Ni3+离子，
4、由于Ni是易变价元素，这种变换可以继续下去，使Ni3+在整个晶体的氧八面位置中迁移，相当于空穴在晶体中运动。,当受到电场的定向作用时就产生电导，其传导电流的方式为：Ni3+Ni2+Ni2+Ni3+（541）这种通过电子变换的导电方式和在Si、Ge等元素半导体中的导电方式并不一样，电导并不是由于载流子（空穴）在满带中运动的结果，而是在能带之间的跳跃，因此可以把这种电导叫跳跃式电导或称为跳跃电导模型。,2交换式导电,NTC热敏陶瓷半导体大多数是由尖晶体结构晶体所组成，这种结构的单位晶胞共有8个A金属离子、16个B金属离子和32个氧离子，由此得出尖晶石单位晶胞的通式为A8B16O32简约为AB2O4
5、。,因为氧离子半径大得多，故尖晶石结构实际上是以氧离子密堆积而成的。金属离子则位于氧离子的间隙中。第一类间隙为四个氧离子所包围，位于氧四面体的中心，称为A间隙；第二类间隙为六个氧离子所包围，位于氧八面体的中心，称为B间隙。图5-35示出了金属离子在四面体和八面体间隙中的位置。,图5-35 金属离子在四面体（a)和八面体（b)间隙中位置,由于A、B阳离子结构分布的不同，而分正尖晶石、反尖晶石，它们各具不同的导电能力。在正尖晶石中，A间隙全部为A离子（通常为二价金属离子）所占据，B间隙全部为B离子(通常为三价金属离子)所占据，其通式可写成A2+B3+2O2-4。,在反尖晶石中，A间隙全部为B离子所
6、占据，B间隙由一半A离子和B离子所占据，其通式为B3+（A2+B3+）O2-4。而半反尖晶石A间隙只有部分被B离子所占据，其通式为（A2+1-x B3+x）（B3+2-x A2+x）O2-4。,金属离子的价数，除上述二、三价外，还可能有二、四价，一、三价、一、四价，和一、六价等，但只要阳离子的总价数等于8以满足电中性条件便可以了。至于形成哪一类结构，何种阳离子占据什么位置，目前仍无法给出确切的解释。,实验数据得出以下的顺序排列：Zn2+、Cd2+、Ga2+、In3+、Mn2+、Fe3+、Mn3+、Fe2+、Mg2+、Cu2+、Co2+、Ti3+、Ni2+、Cr3+上面这种排列，以越前占据A位的
7、优势越强，而越后占据B位的优势越强。,在上述三种尖晶石型氧化物中，因为由阳离子分布所决定的结构类型不同，导致它们电子交换实现导电条件的差异，呈现不同的导电能力。反尖晶石和半反尖晶石型氧化物具有P型的半导体特性，而正尖晶石氧化物具有良好的绝缘性能。,显然，实现电子交换方式所具备的必要条件为：（1）在尖晶石型氧化物中必须有可以变价的异价阳离子，以产生电子交换 当然，这种变价阳离子包括：不同元素的异价离子和同一种元素的异价离子。例如，Fe2O4就是依靠Fe2+和Fe3+离子的电子交换而导电的。,（2）两种异价离子必须同处于B位置中 因为在尖晶石中最近邻的A-A离子的间距和B-B离子的间距是不同的，由
8、简单的几何计算可知，A-A间距为 a（a为晶格常数），而B-B间距约为。由于A-A位置距离较大，电子云交迭很小，因而不可能实现电子交换。只有在B-B位置之间才可能进行电子交换。,正尖晶石中B位置都是同价离子，不可能进行电子交换，所以正尖晶石是绝缘体反尖晶石中B位置的异价离子数目相等，电子交换的几率最大，是良好的半导体。例如Fe3O4 Fe2+(Fe3+Fe2+)O4的电导率可高达102-1cm-1。,其电导过程就是同处B位离子是电子交换，即：Fe2+Fe3+Fe3+Fe2+,半反尖晶石虽然也能进行电子交换，但其电导率比反晶石低得多，例如：,电导率107-1cm-1，比Fe3O4低9个数量级,电
9、导率104-1cm-1，比Fe3O4低6个数量级,5.4.2 NTC热敏材料,NTC热敏材料，目前较广泛使用的有：常温、高温、低温、临界和线性材料等，下面将简要地讨论各类敏感材料的组成，结构和导电方式。,1、常温热敏材料 使用温度范围：大致为-55+300之间。材料：多以Mn、Cu等二元或多元氧化物系统所组成的陶瓷半导体，它们决大部分具有尖晶石型结构，呈现P导电的半导体特性，电阻温度系数通常在-1-6的范围。,1）CuOMnOO2系 本系统材料的主要化合物为CuMn2O4，具有立方尖晶石结构，晶格常数a=8.28A，其导率在10-310-1-1cm-1之间。关于CuMn2O4中阳离子在氧四面间
10、隙和八面体间隙中的分布情况至今说法不一，但多数认为是半反尖晶石，即有一部分Cu2+离子从A位转移到B位，如：,常温热敏材料,在B位上同时有Cu2+、Mn3+等异价离子存在，但因不可能有Cu3+形成，故Cu2+与Mn3+之间不可能进行电子交换，对其导电过程必须另作解释。,常温热敏材料,根据温差电动热的测量可以确定CuMn2O4是空穴导电，这表明在CuMnO4晶体中有阳离子缺位存在，如果有一个Mn3+离子缺位，则在其近邻必有3个Mn3+（Mn离子最容易变价）从Mn3+Mn4+，则在CuMn2O4中可按下式进行交换导电：Mn3+Mn4+Mn4+Mn3+（549）,常温热敏材料,也曾有资料报告，在这种
11、铜锰系材料中发现存大四方尖晶石结构的CuMn3-xO4，其中Ox0.25，在这种结构中Cu2+主要分布在B位上，它的结构式可写成：由上式可见，在B位中有Mn3+和Mn4+离子同时存在，因此可能实现式（549）的导电过程。,常温热敏材料,但是实用上的NTC热敏电阻的铜锰系材料，并不是只含上述的CuMn2O4单一相成分，而是采用高锰量（6090%）所形成的CuMn2O4和Mn3O4固溶体：当锰含量50%时，就形成CuMn2O4为主的晶体，电导率达到最大值,常温热敏材料,随着锰含量的再次增加，就逐渐有四方尖晶石的Mn3O4形成，它的电导率较小，所以这种由CuMn2O4与Mn3O4组成的固溶体，电导率
12、比CuMn2O4小。而且它是一种饱和固溶体，因降温过程中，Mn3O4以针状形式析出，形成包裹CuMn2O4晶粒的网状结构，导致瓷体的电导率可能下降34个量级，这种在很宽的铜锰比的范围内，电导率连续显著的变化，当然给生产上在控制值带来了很大的方便，另外也大有利于改善产品的重复性，一致性和稳定性。,常温热敏材料,（2）CoOMnOO2系 实用的CoOMnOO2系材料，基本上是由两种化合物所组成：一种是立方尖晶石结构的MnCo2O4，a=8.268A；另一种是四方尖晶石结构的CoMn2O4，a=5.72A，c=9.28A，电导率约为10-310-5-1cm-1，比铜锰系材料约低24数量级，,常温热敏
13、材料,MnCo2O4是全反尖晶石，由于Co、Mn都可以变价，阳离子在A、B位置上的分布可能有两种形式：或,常温热敏材料,如果MnCo2O4为二、三价结构，则其导电过程为：Mn2+Co3+Mn3+Co2+因为这种电子交换电导所需的激活能很小，其电导率应与反尖晶石的Fe3O4相近，但实测只有10-3-1cm-1，比Fe3O4低5个数量级。不合理,常温热敏材料,电导过程为：Co2+Mn4+Co3+Mn3+（5411）,常温热敏材料,因此它的结构以属二、四价结构较为合理，其电导过程为：,（3）含Mn三元系 含锰三元系材料有MnCoNi系，MnCuNi系和MnCuCo系等，它们均可在一个相当宽的组成范围
14、内形成很稳定的CuMn2O4、NiMn2O4和CoMn2O4等立方或四方尖晶石。,常温热敏材料,Mn在这些系统中的作用：就是形成一系列结构稳定的尖晶石或其固溶体。这些尖晶石的参数比较接近，具有较高的互溶性，所以含锰三元系材料的电参数在浓度三角形中央区域的变化不大：Mn-Cu-Co系：电导率只改变一数量级（10-310-4-1cm-1）MnCoNi系：只改变一个数量级（10-310-4-1cm-1）MnCuNi系，也只有改变二个数量级,常温热敏材料,这种材料电导率对组成分不敏感的特点具有重要的实用价值，可能制成一致性，重复性和稳定性比二元系材料更好的热敏电阻器。,常温热敏材料,在这些尖晶石及其固
15、熔体中，Cu、Co、Ni主要以二价阳离子的形式存在，而Mn则以三、四价的形式存在。但由于Cu、Co、Ni外层电子结构不同，故它们在八面体间隙和四面体间隙占据的几率不一样，Co2+离子主要占据A间隙 Cu2+离子除占据A间隙，也有一定几率占据B间隙，Ni2+离子主要占据B间隙 而Mn离子一般总是优先占据B间隙，,常温热敏材料,因此在含锰三元系中，导电过程主要是B间隙中Mn3+与Mn4+离子之间的价键交换因此在含锰三元系中，载流子浓度与异价Mn离子浓度有关，随着Mn含量的增加，八面体间隙的异价Mn离子的数目增加，于是载流子浓度增加，电导率增加，但当Mn含量超过60%以后，随着Mn含量的再度增加，原
16、来的立方尖晶石结构将逐渐转变为四方尖晶石，使电子运动的势场产生畸变，而引起激活能的增加。,常温热敏材料,2、高温热敏材料 高温热敏材料是指工作温度在300以上的材料，目前用其制成的热敏电阻器工作温区在3001000的已经系列化和商品化，能使用在1300以上的仍在继续研究试用中。,因为这类高温热敏电阻器具有电阻温度系数大，输出信号强，灵敏度高，可不需要零点补偿和导线补偿，适合于遥测或遥感等特点，国外已广泛用于汽车发动机排气温度的检测，空间技术中各种飞行系统的高温检测，以及家用电器，复印机，工业设备等温度的测量和控制。,高温热敏材料,研究高温热敏电阻的困难，除要解决耐高温电级及其引线外，最关键是寻
17、找性能稳定的热敏材料。一般认为这类材料必须具有高的熔点，高温时结构稳定，在整个工作温区内是本征导电或经补偿的杂质导电,高束缚能级间隙,低迁移率,有合适的电阻率等。,高温热敏材料,目前已开发应用的材料可大致分为氧化物和非氧化物两大类.（1）氧化物类 氧化物热敏材料中,以MgO、Al2O3所形成的尖晶石结构为基的多元系统材料研究最多，因为这类材料来源广，烧温不太高，电阻温度系数比较大，稳定性也比较好，所以使用在1000以下的热敏电阻器绝大部分都是用这类材料。,高温热敏材料,如：Al2O3-CoO-NiO-CaO-SiO2系 xMg(Al1-pCrp)2O4+yLaCrO3或(LaSr)CrO3系(
18、Mg1-p Nip)(AlxCryFe2)2O4系(MgO+Cr2O3)+(MgO+Fe2O3)+(MgO+Al2O3)系 等都是稳定性比较好的材料，在500加电压老化1000小时实验后的稳定性在10以下，一些配方还低于2。,高温热敏材料,（2）非氧化物类 B单晶，BN单晶，金刚石、CBN、SiC等材料 特点：B值小，稳定性高和耐腐蚀 制造工艺比较复杂，故只在一些特殊的场合下使用，尚没有商售产品。,高温热敏材料,上述电阻器，各自虽已得一定的发展和应用，但由于使用温度高，对于烧结体结构组成，缺陷浓度，离子电导，以及电极的氧化，接触电阻的变化等都影响着这类材料和器件的使用质量。如何进一步提高其稳定
19、性和可靠性，增长使用寿命等仍是今后材料组成，工艺条件，特别是基础理论上研究的重要课题。,高温热敏材料,3、低温热敏材料 低温热敏材料是指其制成的电阻器能在-55以下的温度下使用的材料 随着低温物理研究，低温工程技术和低温计量标准传递的发展，低温热敏材料的用途越来越大。目前主要用于：导弹致冷器的温度控制，火箭发动机的液态H2和液态O2燃料的流量、温度测量和控制。,工作原理和常温热敏材料基本相同，由于使用温度不同，对材料B值大小要求有较大的差异。为了保证低温电阻率和电阻温底系数符合一定的实用要求，因此必须选择电阻率低、B值小的材料。如目前使用的B为：10002000K、200300K、6080K的
20、材料，可分别制作液氮温度（77.4K）、液氢温度（21K）和液氦温度（4K）测量的热敏电阻器。,低温热敏材料,材料：以Mn、Cu、Fe、Ni、Co等两种以上的过渡金属氧化物为主成分形成尖晶石结构。为了降低B值，可掺入如La、Nd、Yb等稀土氧化物。制造低B值材料的困难，除这些材料的电气特性与组成有关外，还强烈地依赖于烧结气氛。为了得到重现性好的材料，必须严格控制烧成条件。,低温热敏材料,另据有关资料介绍，用银粉和钯粉添加无机粘合剂在氧化气氛中烧成，可以得到4.2K时阻值为数百欧左右的热敏电阻 通过从室温到液氦的20次热循环以后，在1.16K时的阻值变化约为0.05%，或者用传统的热敏材料添加银
21、粉和钯粉，银粉和钌粉等。可以制得B约90100K的元件。,低温热敏材料,氧化物低温热敏电阻主要优点：稳定性好，抗磁场和带电粒子辐射，机械强度好，价格低廉等；缺点：因灵敏度高而使用温区较狭。,低温热敏材料,4、CTR热敏材料 临界负电阻温度系数热敏材料，主要是指目前以VO2为基的多晶陶瓷半导体材料 特点：在67附近电阻值发生突变，在狭小的温区内，电阻值随温度的提高而降低34个数量级，具很大的负电阻温度系数。应用：制作用于温度控制，火箭报警等热敏电阻器。,VO2晶体在3400K（67）以上时，呈现规则的四方晶系金红石结构，具有金属的特性，而当温度降至340K以下时，处于氧八面体中心的V4离子沿垂直
22、于C轴的方向发生偏移，晶格发生畸变，变成单斜结构，呈现半导体特性。,CTR热敏材料,正由于V4离子的偏移，相邻V4离子结成VV对，但是离子对之间的电子云并不重迭，这相当于C轴的晶格常数为原来的两倍，于是导致了晶体的3d带的分裂，而形成禁带宽度约0.7ev的半导体,CTR热敏材料,实用的CTR材料：烧结型的多晶VO2材料。一般是在VO2中掺入B、Si、P等酸性氧化物以及Mg、Co、Sr、Ba、La、Pb等碱性氧化物，在弱还原气氛下烧结并急剧冷却而成的。氧化物在烧结时形成玻璃相，把VO2微晶粘结起来，起到缓和相变所引起的形变作用，改善了稳定性。,CTR热敏材料,选择不同材料组成还可以在2080的温
23、度范围内改变临界温度TC，称为TC的移动效应。这是由于掺杂可以改变V4离子的晶格间距及其相互的作用，因而也就改变了其相变温度的原故。,CTR热敏材料,5、线性热敏材料 一般热敏材料其电阻率随温度的变化均呈指数关系，而线性热敏材料都能在工作温度范围内阻温呈线性关系。目前研制最多的有CdO-Sb2O3-WO3和CdO-Sn2O3-WO3两类材料,图5-41 CdO-Sb2O3-WO2 图5-42 CdO-SnO2-WO3 系R-T特性 系R-T特性,这两类材料在-100300的温度范围内其电阻率与温度呈现很好的线性关系。它们的室温电阻率约为103cm左右，且温度系数较小，约为0.40.7%左右。,
24、线性热敏材料,这两类材料都是由两种氧化物主晶相组成的机构混合物，其中CdWO是绝缘体，而CdSb2O或CdSnO3是半导体，一般在11001300温度下烧成，烧结时可以引入适当的溶剂，将异相固相烧结变成异相液相烧结，以提高瓷体的致密性。,线性热敏材料,NTC热敏电阻器的工艺过程,根据材料种类，性能要求和外形尺寸等不同，NTC热敏电阻器的制备工艺也有所差异，、以金属氧化物主体的片（或杆状）热敏电阻的制备,（）混合粉料的制备,主要采用Ni、Co、Mn、Cu等的氧化物，根据不同的性能要求，采用不同的配方。通常不直接用各种氧化物作原料，而是采用各种硫酸盐加氢氧化钠或氢氧化钾溶液来配制基本工作液，将反应
25、生成物清洗至中性，在适当温度下使沉淀物分解成金属氧化物，例如：,因为热敏材料的晶体结构对导电性能有极大的影响，尽管金属氧化物的成分一致，但可能因为结晶不同，导电性能可能相差很大，甚至有几万倍之多。采用这种化学共沉淀法制粉的优点是能保证质量，产品一致性，重复性好。但是工艺复杂，费工费时等，对于质量要求不严格的产品，在氧化物原料来源质量稳定的前提下，也有直接用氧化物配料球磨法制粉的。,（）坯料制备,对于干压坯料，可将制成的粉料加适量的石蜡或聚乙烯醇溶液作粘合剂，再经粉碎、过筛、造粒、以便于成型。对于挤压坯料，在粉料中加入30的粘合剂，反复进行次练泥和陈腐，练泥是通过练泥机的搅拌作用，排除坯料中的气
26、体，提高坯料的均匀程度，增加坯料的可塑性和致密性，陈腐是将练泥后的坯料置于一定条件，储存一定时间，通过毛细管的物化作用，进一步增强坯料的可塑性。,（）生坯成型,生坯成型有挤压和干压两种，干压用于片状和垫圈状坯料；挤压用于杆状态和管状态坯料。干压是将预压后造粒的粉料再在压机上成形，为了制得致密和尺寸精确的坯件，干压时应选择好压力的大小，而且均匀加压，以免使坯件发性层裂，挤压是在挤压机上进行，应控制好坯料的湿度，以使挤出的坯件具有一定的机械强度。,（）坯件烧结,与其他电子陶瓷一样，坯件烧结是制造热敏电阻最为关键的工序之一。根据产品材料的种类，阻值大小，体积大小，可在空气或还原气氛中利用箱式电炉或隧
27、道炉进行烧结，一般烧结温度在10501400之间，在烧结过程中，坯件将发生一系列的物理化学变化，主要有排除坯件内的机械混合水和吸附水；坯件内有机物氧化，排除结晶水，晶体形成长大或相转变，形成完全的固溶体等。,（）坯件加电极,为了使引出线与电阻体有良好的接触，需要在接触部分被覆一层能与电阻体形成欧姆接触的电极，电极的质量直接影响产品的特性一致性，稳定性和可靠性。由于银电极能与型陶瓷半导体形成可靠的欧姆接触，因此热敏电阻大多采用烧渗银电极，制备电极时采用印刷或点涂的方法在坯件上涂复银浆，若用氧化银浆在840860烧渗约20分钟，分子银浆在880900烧渗约30分钟，均可形成与基件牢固结合的电极。,
28、(6)阻值调整,在成批生产中要获得各种不同的预定阻值,仅靠改变配方和烧成条件是不够的,必须在一定阻值范围内用热处理方法,调整阻值。调阻原理是基于尖晶石结构变价金属氧化物所形成固熔体在一定热处理条件下具有明显的可逆特性，当陶瓷半导体从高温度快速冷却（淬火）时，可以基本保持导电良好的主晶相，其阻值较低，如果从高温度缓慢冷却（氧化分解）时，由固熔体可分解为多种氧化物，这些导电不良的氧化物对主晶相起着包围和分隔的作用,使阻值增高.,因此不同温度(一般为600850)和不同冷却速度来改变主晶相和变价氧化物之间的比例和分布状况,就可以达到高阻的目的,使用这种调阻方法,对于Co-Mn系材料调阻范围为5-10
29、倍;对于Cu-Mn系材料约为1倍;而对Co-Mn-Ni系材料,最大阻值变化可达105倍左右.,(7)敏化处理,热敏电阻经阻值调整后,在电气性能上已基本符合使用要求,但它的性能是不够稳定的,新生的晶体吸附或吸收空气中的氧使阻值发生变化,因此在制造过程中以在200600范围内进行50100小时的热处理,以消除在使用中的不稳定性,这一处理过程,只改变阻体吸附或吸氧的情况,并不改变导体原来的结构,故称为敏化处理.,(8)老练,将装配好的热敏电阻,在等于或略高于工作温度的恒温箱中放置100500小时,或在一定温度条件下,进行多次正负温度的循环,相当于人为条件下加速产品的老化,使性能稳定.,2、以金属氧化
30、物为材料的珠状热敏电阻器的制备,（1）坯体制备首先是将金属氧化物半导体材料加蒸馏水和粘合剂调成糊状，再用玻璃棒将它点在直径为0.020.08毫米的铂合金线上.,（2）玻璃外壳封装,一般是把珠状态阻体和基线封装在玻璃外壳内，引出线（或出线管）可用经表面氧化处理的电解铜线（或管）。然后将玻璃管和引出线烧焊封接。,（3）老练处理,将制成的热敏电阻器在室温下加1.53倍的额定电流1520分钟，或在室温下存放一定的时间，然按主要电气参数分选。,5.4 热敏电阻器的应用,热敏电阻器的应用很广，已普及到许多技术领域，从具体应用来说，目前已有数十种以上，归纳起来，主要可分为检测元件，电路元件和发热元件三大类。
31、,作为检测元件，是基于外围条件的变化引起热敏电阻特性的变化，如温度测量与控制，火灾报警，液面测定等。作为电路元件，是基于热敏电阻的自热特性，如电路开关，过荷保护，时间延迟等。作为发热元件，是基于热敏电阻的室温发热特性，如加热器，恒温槽等。,5.4.1 PTC热敏电阻器的应用,1、恒温控制 如果将一个PTC热敏电阻器与一继电器线圈串联，并且将PTC热敏电阻器放入加热器中，就可以做成一个定点温度控制器，如图544所示。,图5-44 PTC热敏电阻器控温电路,当加热器温度低于控温点时，PTC热敏电阻处于低阻状态，继电器线圈流过一大电流，加热器回路闭合加热，但是当加热器达到控温点时，所选用的PTC热敏
32、电阻值急剧增加，使继电器回路电流减小，此时加热器回路被切断，达到控温的目的。,图545是将PTC热敏电阻与加热器直接串联的电路和，当室内温度较低时，PTC热敏电阻处于低阻状态，加热功率大，室温快速升高，一旦温度超过控温点时，PTC热敏电阻处于高阻状态，从而使加热功率减小，达到控温的目的，但是，这种控温原理必须严格限制PTC热敏电阻的功耗，不致因自身的发热而超过控温点温度。,2、温度报警 如图546所示，将PTC热敏电阻器接入可控硅元件的控制回路中，当温度低于报警温度时，PTC热敏电阻处在低阻状态，可控硅处于截止状态，但是当温度高于报警温度时，PTC热敏电阻处于高阻态，压降提高，因此可控硅导通，
33、报警器报警。,3、马达过热保护 图547示出了PTC热敏电阻器用作马达过热保护的示意图。图中三个PTC热敏电阻器与继电器J串联，当马达正常运行时，PTC热敏电阻处于低阻状态，J把开关K吸合。但是当马达过热时，PTC热敏电阻因温升而处于高阻状态，回路电流减小，J失去原来的吸力，K自动弹开，切断电源。,图5-47 马达过热保护电路,4、定温加热器 由于PTC热敏电阻器具有热的自控特性，而且对环境温度的变化也有自调作用。用PTC热敏电阻作为热器，与传统的Ni-Cr丝发热体比较，还具有结构简单，耐用省电等优点，所以近年来PTC热敏电阻被广泛用于如：电子驱蚊器、电烙铁、电吹风、电头箍等等。,5.4.2
34、NTC热敏电阻器的应用,1、温度的测量与控制NTC热敏电阻器能作为对温度的测量和控制，是由于它具有负的阻温特性，如当温度升高时，热敏电阻的阻值减小，通过的电流增大，这样，通过对回路电流的测量就可以间接地测量温度,如图553是一种试验型NTC热敏电阻温度计的简单电路，这种电路的温度计在低温和高温时的灵敏度有所降低，但一般也可以达到0.5的温度精度。若需要精密地测温时，可采用如图554所示的电桥式热敏电阻温度计，它是用微安表测出不平衡电流的方法直接读出温度的，可以测量到0.005的温度变化。,图5-53 温度计电路图,图5-54 桥式温度计电路,2、电路的温度补偿 将热敏电阻器作为温度补偿，是利用
35、热敏电阻器的电阻温度特性，补偿电路中某些具有相反电阻温度系数的元件的主要参数随环境温度变化而变化的特性。,通常，补偿网络由NTC热敏电阻RT和正温度系数很小的线性电阻R1、R2串并联组成，如图556所示当温度升高使晶体管集电流Ic增加，同时由于温度升高也使NTC热敏电阻值相应地减小，使晶体管基极电位Ub下降，从而使基极电流Ib减少，由于Ib随温度升高而减小，抑制了Ic的增加，达到稳定静态工作点的目的。,3 物理量的测定利用NTC热敏电阻器耗散系数与环境介质的种类和状态的关系，可以制成流量计，风速计等。如图557所法的流量计，把热敏电阻器RT1放在要测流量的气流或液流中，而把RT2放在流动区域之
36、外面不受干扰的平静条件下。,图5-57 流量计装置,T1,假定当流体静止对已把电桥调平衡；当流体流动时，必须伴随带走热量，使RT1和RT2的散热情况出现差异，由于T1的变化，RT2也随着发生变化，造成电桥的不平衡，因而电流表有电流通过，这样通过对电流的测量就同接地测出流量的变化。,热敏电阻课程思考题,一、名词解释 1正温度系数热敏电阻器 2负温度系数热敏电阻器 3临界负温度系数热敏电阻器 4.热敏电阻器标称阻值 5.电阻温度系数 6耗散系数 7.热容量 8.时间常数,二、问答题 1.怎样求得正温度系数和负温度系数热敏电阻器的电阻温度系数？2.正温度系数热敏电阻器的V-I特性曲线与那些因素有关？
37、3.负温度系数热敏电阻器的V-I特性曲线与那些因素有关？4.热敏电阻器的老化特性的定义。产生老化的原因是什么？老化主要与哪几个方面有关？5.BaTiO3系陶瓷半导化的途径有那些？,6.BaTiO3系陶瓷半导化的影响因素有那些？请加以论述。7.BaTiO3系PTC热敏电阻器的的组成和作用是什么？分别加以论述。8.BL电容器第一次和第二次烧成工序的目的是什么？分别加以论述 9.BL电容器的主要特性？10.尖晶石型氧化物实现电子交换方式所具备的必要条件是什么？,11.常温NTC热敏电阻器通常采用那几个系统？分别加以论述。12.高温NTC热敏材料的使用温度范围是多少？它们有什么特点？主要应用领域？目前
38、已开放应用的材料可分为哪几类，请加以说明？13.低温 NTC热敏材料使用温度范围是多少？主要应用领域？常采用哪些材料？14.VO2CTR热敏材料的阻值为什么在670C附近发生突变？15.PTC和NTC热敏电阻器主要应用在那些方面？,压敏电阻器参考题目,一、名词解释1压敏电阻器的电流指数2压敏电阻器电压指数3压敏电阻器压敏电压4.电压温度系数5.漏电流6通流容量,二、问答题1.压敏电压指数和电流指数是描述什么性质的参数？其大小程度说明了什么？怎样求得压敏电阻器的电压和电流指数？2.n个特性相同的压敏电阻器串联和并联后，性能相比单个电阻器分别有什么变化，请加以说明？3SiC压敏电阻器的工作原理是什么？列出其主要特性参数？4.硅压敏电阻器的主要特点是什么？5.膜式压敏电阻器的制备方法主要有哪几种？,6.ZnO压敏电阻器的组分及其作用是什么？分别加以论述。7.ZnO压敏电阻器的工艺流程是怎样的？8.ZnO压敏电阻器的烧成温度如何选择？9.玻化处理的定义？其作用是什么？10ZnO陶瓷半导体的四种相组成分别是什么？分别加以论述。11.ZnO压敏电阻器的性能特点。,
