热敏电阻

Template:电子元件信息框 热敏电阻（Template:Lang-en）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，例如湧浪電流限制器、溫度傳感器、可復式保險絲、及自動調節的Template:Link-en等。

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或聚合物。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℃。

基本特性

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$n$、$p$，迁移率分别为${\mu }_n$、${\mu }_p$，则半导体的电导为：

　　$\sigma =q(n{\mu }_n+p{\mu }_p)$

因为$n$、$p$、${\mu }_n$、${\mu }_p$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：$\mathrm{\Delta }R=k\mathrm{\Delta }T$

$\mathrm{\Delta }R$ = 電阻變化

$\mathrm{\Delta }T$ = 溫度變化

$k$ = 一階的電阻溫度係數

熱敏電阻可以依$k$值大致分為兩類：

• $k$為正值，電阻隨溫度上昇而增加，稱為正溫度係數（PTC，Positive Temperature Coefficient）熱敏電阻。
• $k$為負值，電阻隨溫度上昇而減少，稱為負溫度係數（NTC，Negative Temperature Coefficient）熱敏電阻。

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

非熱敏電阻的一般電阻，其$k$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${\alpha }_T$來描述，其定義為

${\alpha }_T=\frac{1}{R(T)}\frac{dR}{dT}.$

此處的${\alpha }_T$係數和以下的$a$參數是不同的。

斯坦哈特-哈特公式

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。Template:Link-en是廣為使用的三階近似式：

$\frac{1}{T}=a+b\ln (R)+c(\ln (R){)}^3$

其中a、b和c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：

$R=e^{{(x-\frac{1}{2}y)}^{\frac{1}{3}}-{(x+\frac{1}{2}y)}^{\frac{1}{3}}}$

其中

$\begin{array}{cc}y& =\frac{1}{c}(a-\frac{1}{T})\\ x& =\sqrt{{\left(\frac{b}{3c}\right)}^3+{\left(\frac{y}{2}\right)}^2}\end{array}$

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。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

$\begin{array}{cc}a& =1.40\times 10^{-3}\\ b& =2.37\times 10^{-4}\\ c& =9.90\times 10^{-8}\end{array}$

NTC熱敏電阻的參數

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$a=(1/T_0)-(1/B)\ln (R_0)$, $b=1/B$及$c=0$的Template:Link-en。

$\frac{1}{T}=\frac{1}{T_0}+\frac{1}{B}\ln \left(\frac{R}{R_0}\right)$

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

$R=R_0{e}^{-B(\frac{1}{T_0}-\frac{1}{T})}$

或者

$R=r_{\mathrm{\infty }}{e}^{B/T}$

其中$r_{\mathrm{\infty }}=R_0{e}^{-B/T_0}$.

因此可以求解溫度為

$T=\frac{B}{\ln (R/r_{\mathrm{\infty }})}$

B參數的方程也可以表示為$\ln R=B/T+\ln r_{\mathrm{\infty }}$，可以得熱敏電阻溫度及電阻的方程式轉換為$\ln R$和$1/T$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

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） 。

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。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。

應用領域

• 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

• 傳感器
• 可變電阻
• 光敏電阻
• 聲敏電阻
• 熱敏電阻溫度計
• 热电偶
• Template:Link-en

外部連結

• The thermistor at bucknell.edu
• Software for thermistor calculation at Sourceforge
• "Thermistors & Thermocouples:Matching the Tool to the Task in Thermal Validation" Template:Wayback - Journal of Validation Technology