渗透压公式推导热敏电阻的工作原理

2020年10月6日发(作者：芮复傅)

热敏电阻的工作原理
热敏电阻是一种敏感元件，根据温度系数的不同可分为正温度 系数热
敏电阻(PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)。热敏电阻的典型特征是温
度敏感性 ，在不同温度下电阻值不同。正温系数热敏电阻器(PTC)在
较高温度下阻值较高，负温系数热敏电阻 器在较高温度下阻值较低。
它们属于半导体器件。
但需要指出的是，热敏电阻不属于进出口关税项目85.41中的半导体
器件。
热敏电阻的主要特点是：
热敏电阻
热敏电阻
①灵敏度较高，其电阻温度 系数要比金属大10～100倍以上，能检
测出10-6℃的温度变化；
②工作温度范围宽， 常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用
温度高于315℃（目前最高可达到2000℃）， 低温器件适用于
-273℃～-55℃；
③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血
管的温度；
④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；
⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；
⑥稳定性好、过载能力强。
2工作原理


热敏电阻将长期处于不动作状态；当环境温度和电流处于c区时，热
敏电 阻的散热功率与发热功率接近，因而可能动作也可能不动作。热
敏电阻在环境温度相同时，动作时间随着 电流的增加而急剧缩短；热
敏电阻在环境温度相对较高时具有更短的动作时间和较小的维持电
流 及动作电流。
1、ptc效应是一种材料具有ptc(positive temperature coefficient）
效应，即正温度系数效应，仅指此材料的电阻会随温度的升高而增加。
如大多数金属材料都具有ptc效应。在这些材料中，ptc效应表现为
电阻随温度增加而线性增加， 这就是通常所说的线性ptc效应。
2、非线性ptc效应 经过相变的材料会呈现出电阻沿狭窄温度 范围内
急剧增加几个至十几个数量级的现象，即非线性ptc效应，相当多种
类型的导电聚合体 会呈现出这种效应，如高分子ptc热敏电阻。这些
导电聚合体对于制造过电流保护装置来说非常有用。
3、高分子ptc热敏电阻用于过流保护 高分子ptc热敏电阻又经常被
人们称为自恢复保险 丝（下面简称为热敏电阻），由于具有独特的正
温度系数电阻特性，因而极为适合用作过流保护器件。热 敏电阻的使
用方法象普通保险丝一样，是串联在电路中使用。
当电路正常工作时，热敏电阻温 度与室温相近、电阻很小，串联在电
路中不会阻碍电流通过；而当电路因故障而出现过电流时，热敏电阻
由于发热功率增加导致温度上升，当温度超过开关温度（ts，见图1）
时，电阻瞬间会剧增， 回路中的电流迅速减小到安全值.为热敏电阻
对交流电路保护过程中电流的变化示意图。热敏电阻动作后 ，电路中


电流有了大幅度的降低，图中t为热敏电阻的动作时间。由于高分子ptc热敏电阻的可设计性好，可通过改变自身的开关温度（ts）来调
节其对温度的敏感程度，因 而可同时起到过温保护和过流保护两种作
用，如kt16－1700dl规格热敏电阻由于动作温度很低 ，因而适用于
锂离子电池和镍氢电池的过流及过温保护。环境温度对高分子ptc热
敏电阻的影 响 高分子ptc热敏电阻是一种直热式、阶跃型热敏电阻，
其电阻变化过程与自身的发热和散热情况有 关，因而其维持电流
（ihold）、动作电流（itrip）及动作时间受环境温度影响。当环境温< br>度和电流处于a区时，热敏电阻发热功率大于散热功率而会动作；当
环境温度和电流处于b区时发 热功率小于散热功率，高分子ptc热敏
电阻由于电阻可恢复，因而可以重复多次使用。图6为热敏电阻 动作
后，恢复过程中电阻随时间变化的示意图。电阻一般在十几秒到几十
秒中即可恢复到初始值 1.6倍左右的水平，此时热敏电阻的维持电流
已经恢复到额定值，可以再次使用了。面积和厚度较小的 热敏电阻恢
复相对较快；而面积和厚度较大的热敏电阻恢复相对较慢。
3基本特性
温度特性
温度特性
热敏电阻的电阻－温度特性可近似地用下式表示：R=R0ex p{B
（1T-1T0)}：R：温度T(K）时的电阻值、Ro：温度T0、（K）时的
电阻 值、B:B值、*T(K)=t(ºC)+273.15。实际上，热敏电阻的
B值并非是恒 定的，其变化大小因材料构成而异，最大甚至可达5K°


C。因此在较大的温度范 围内应用式1时，将与实测值之间存在一定
误差。此处，若将式1中的B值用式2所示的作为温度的函数 计算
时，则可降低与实测值之间的误差，可认为近似相等。
BT=CT2+DT+E，上式中 ，C、D、E为常数。另外，因生产条件不
同造成的B值的波动会引起常数E发生变化，但常数C、D不 变。因
此，在探讨B值的波动量时，只需考虑常数E即可。常数C、D、E
的计算，常数C、D 、E可由4点的（温度、电阻值）数据
（T0,R0).(T1,R1）.(T2,R2）and(T3 ,R3），通过式3～6计算。首先
由式样3根据T0和T1,T2,T3的电阻值求出B1,B2,B 3，然后代入以
下各式样。
电阻值计算例：试根据电阻－温度特性表，求25°C时的电阻值 为5(k
Ω），B值偏差为50(K）的热敏电阻在10°C～30°C的电阻值。步骤
（1） 根据电阻－温度特性表，求常数C、D、E。
To=25+273.15T1=10+273.15T2 =20+273.15T3=30+273.15（2）
代入BT=CT2+DT+E+50，求BT。 （3）将数值代入R=5exp
{(BT1T-1298.15）}，求R。*T:10+273.15～30+273.15。