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热敏电阻是一种特殊类型的可变电阻元件，当暴露在温度变化中时，其物理电阻会发生变化。

热敏电阻是一种固态温度传感设备，其行为类似于电阻，但对温度敏感。热敏电阻可用于根据环境温度的变化产生模拟输出电压，因此可以被称为传感器。这是因为它在外部热量变化时改变了其电气特性。

热敏电阻基本上是一个两端固态热敏传感器，由基于半导体的敏感金属氧化物制成，具有金属化或烧结的连接引线，形成陶瓷圆盘或珠状结构。

这使得热敏电阻能够根据环境温度的微小变化按比例改变其电阻值。换句话说，随着温度的变化，其电阻也会变化，因此其名称“热敏电阻”是“热敏电阻器”（THERM-ally sensitive res-ISTOR）的组合词。

虽然在标准电阻器中，由于热量引起的电阻变化通常是不希望的，但这种效应可以在许多温度检测电路中得到很好的利用。因此，作为一种非线性可变电阻器件，热敏电阻通常用作温度传感器，广泛应用于测量液体和环境空气的温度。

此外，由于热敏电阻是由高度敏感的金属氧化物制成的固态器件，它们在分子水平上运行，随着热敏电阻温度的升高，最外层（价）电子变得更加活跃，产生负温度系数，或变得不那么活跃，产生正温度系数。

这意味着它们具有非常好的电阻与温度特性，使其能够在高达 200°C 的温度下工作。

典型热敏电阻 

虽然热敏电阻的主要用途是作为电阻温度传感器，但它们也可以与另一个组件或设备串联连接，以控制通过它们的电流。换句话说，它们可以用作热敏限流器件。

热敏电阻有多种类型、材料和尺寸，其特征是响应时间和工作温度。此外，密封热敏电阻消除了由于水分渗透而导致的电阻读数误差，同时仍提供高工作温度和紧凑的尺寸。最常见的三种类型是：珠状热敏电阻、盘状热敏电阻和玻璃封装热敏电阻。

这些与热相关的电阻器可以通过两种方式工作：随着温度的变化增加或减少其电阻值。因此，有两种类型的热敏电阻：负温度系数（NTC）热敏电阻和正温度系数（PTC）热敏电阻。

负温度系数热敏电阻 

负温度系数热敏电阻（简称 NTC 热敏电阻）随着周围温度的升高而降低其电阻值。通常，NTC 热敏电阻是最常用的温度传感器类型，因为它们可以用于几乎所有与温度相关的设备中。

NTC 热敏电阻具有电阻与温度（R/T）的负相关关系。NTC 热敏电阻的较大负响应意味着即使温度的微小变化也会导致其电阻的显著变化。这使得它们非常适合精确的温度测量和控制。

我们之前说过，热敏电阻是一种电阻高度依赖于温度的电子元件，因此如果我们通过热敏电阻发送恒定电流，然后测量其两端的电压降，我们就可以确定其在特定温度下的电阻。

NTC 热敏电阻随着温度的升高而降低其电阻，并且有多种基极电阻和温度曲线可供选择。NTC 热敏电阻通常以其在室温（25°C，77°F）下的基极电阻为特征，因为这提供了一个方便的参考点。例如，25°C 时为 2k2Ω、25°C 时为 10kΩ 或 25°C 时为 47kΩ 等。

热敏电阻的另一个重要特性是其“B”值。B 值是由其制成的陶瓷材料决定的材料常数。它描述了在两个温度点之间的特定温度范围内电阻（R/T）曲线的斜率。每种热敏电阻材料将具有不同的材料常数，因此具有不同的电阻与温度曲线。

因此，B 值将定义热敏电阻在第一个温度或基点（通常为 25°C，称为 T1）的电阻值，以及热敏电阻在第二个温度点（例如 100°C，称为 T2）的电阻值。

因此，B 值将定义热敏电阻在 T1 和 T2 之间的材料常数。即 BT1/T2 或 B25/100，典型的 NTC 热敏电阻 B 值在 3000 到 5000 之间。

请注意，T1 和 T2 的温度点均以开尔文（Kelvin）为单位计算，其中 0°C = 273.15 开尔文。因此，25°C 等于 25° + 273.15 = 298.15K，100°C 等于 100° + 273.15 = 373.15K，依此类推。

因此，通过了解特定热敏电阻的 B 值（从制造商的数据表中获得），可以使用以下归一化方程生成温度与电阻的表格，以构建合适的图表：

热敏电阻方程 

其中： 

- T1 是第一个温度点（开尔文） 

- T2 是第二个温度点（开尔文） 

- R1 是热敏电阻在温度 T1 时的电阻（欧姆） 

- R2 是热敏电阻在温度 T2 时的电阻（欧姆） 

热敏电阻示例 1 

一个 10kΩ 的 NTC 热敏电阻在 25°C 到 100°C 的温度范围内的 B 值为 3455。计算其在 25°C 和 100°C 时的电阻值。

给定数据：B = 3455，R1 = 10kΩ（25°C）。为了将温度从摄氏度（°C）转换为开尔文（K），添加数学常数 273.15。

R1 的值已经给出为 10kΩ 基极电阻，因此在 100°C 时的 R2 值计算如下：

热敏电阻电阻计算 

得到以下两点特性图：

需要注意的是，在这个简单的示例中，仅计算了两个点，但通常热敏电阻的电阻会随温度呈指数变化，因此其特性曲线是非线性的。因此，计算更多的温度点将使曲线更加准确。

这些点可以如图所示绘制，从而为具有 B 值为 3455 的 10kΩ NTC 热敏电阻提供更准确的特性曲线。

NTC 热敏电阻特性曲线

请注意，它具有负温度系数（NTC），即其电阻随着温度的升高而降低。

使用热敏电阻测量温度 

那么我们如何使用热敏电阻来测量温度呢？到目前为止，我们已经认识到热敏电阻是一种电阻器件，因此根据欧姆定律，如果我们通过它传递电流，它两端会产生电压降。由于热敏电阻是一种被动传感器，即它需要激励信号才能工作，因此由于温度变化引起的电阻变化可以转换为电压变化。

最简单的实现方法是使用热敏电阻作为分压电路的一部分，如图所示。恒定电源电压施加在电阻和热敏电阻串联电路上，输出电压从热敏电阻两端测量。

例如，如果我们使用 10kΩ 热敏电阻和 10kΩ 的串联电阻，则在 25°C 的基极温度下，输出电压将为电源电压的一半，因为 10Ω/(10Ω+10Ω) = 0.5。

当热敏电阻的电阻由于温度变化而改变时，热敏电阻两端的电源电压比例也会发生变化，从而产生与输出端子之间的总串联电阻比例成正比的输出电压。

因此，分压电路是一种简单的电阻-电压转换器，其中热敏电阻的电阻由温度控制，产生的输出电压与温度成正比。因此，热敏电阻越热，输出电压越低。

如果我们交换串联电阻 RS 和热敏电阻 RTH 的位置，则输出电压将朝相反方向变化，即热敏电阻越热，输出电压越高。

热敏电阻用于浪涌电流抑制 

我们已经看到，热敏电阻用作电阻温度敏感传感器，但热敏电阻的电阻可以通过外部温度变化或通过流经它们的电流引起的温度变化来改变，因为它们毕竟是电阻器件。

欧姆定律告诉我们，当电流通过电阻 R 时，由于 I2R 的热效应，功率以热的形式消耗。由于热敏电阻中的电流自热效应，热敏电阻可以随着电流的变化改变其电阻。

感性电气设备（如电机、变压器、镇流照明等）在首次开启时会遭受过大的浪涌电流。但串联连接的热敏电阻也可以有效地将任何高初始电流限制在安全值。通常使用具有低冷电阻值（25°C 时）的 NTC 热敏电阻进行此类电流调节。

浪涌电流限制热敏电阻

浪涌电流抑制器和浪涌限制器是串联连接的热敏电阻，其电阻随着通过它的负载电流加热而降至非常低的值。在初始开启时，热敏电阻的冷电阻值（其基极电阻）相当高，控制负载的初始浪涌电流。

由于负载电流，热敏电阻加热并相对缓慢地降低其电阻，直到其两端的功率足以维持其低电阻值，大部分施加的电压在负载两端产生。

由于其质量的惯性，这种加热效应需要几秒钟，在此期间负载电流逐渐增加而不是瞬间增加，因此任何高浪涌电流都被限制，其消耗的功率相应减少。由于这种热作用，浪涌电流抑制热敏电阻因此可以在其低电阻状态下非常热地运行。因此，一旦电源被移除，需要冷却或恢复期，以使 NTC 热敏电阻的电阻充分恢复，以便下次使用。

限流热敏电阻的响应速度由其时间常数给出。即其电阻变化 63%（即 1 到 1/ε）所需的时间。例如，假设环境温度从 0°C 变化到 100°C，则 63% 的时间常数将是热敏电阻达到 63°C 电阻值所需的时间。

NTC 热敏电阻提供了对不希望的高浪涌电流的保护，同时在连续运行期间其电阻保持可忽略的低值，为负载供电。这里的优势是它们能够有效地处理比标准固定限流电阻更高的浪涌电流，同时具有相同的功耗。

热敏电阻总结 

在本教程中，我们已经看到热敏电阻是一种两端电阻传感器，可以根据周围环境温度的变化改变其电阻值，因此得名“热敏电阻”。

热敏电阻是由半导体金属氧化物制成的廉价且易于获得的温度传感器。它们具有负温度系数（NTC）或正温度系数（PTC）。区别在于 NTC 热敏电阻的电阻随着温度的升高而降低，而 PTC 热敏电阻的电阻随着温度的升高而增加。

NTC 热敏电阻是最常用的（尤其是 10kΩ NTC 热敏电阻），并且与附加的串联电阻 RS 一起可以用作简单分压电路的一部分。因此，由于温度变化引起的电阻变化会产生与温度相关的输出电压。

然而，热敏电阻的工作电流应尽可能低，以减少任何自热效应。如果它们的工作电流过高，它们可能会比散热更快地加热，从而产生错误的结果。

热敏电阻的特征在于其基极电阻以及其“B”值。基极电阻（例如 10kΩ）是热敏电阻在给定温度（通常为 25°C）下的电阻，因此定义为：R25。B 值是一个固定的材料常数，描述了电阻随温度（R/T）变化的曲线斜率。

我们还看到，除了用于测量外部温度外，热敏电阻还可以用于控制电流，这是由于流经它的电流引起的 I2R 热效应。通过将 NTC 热敏电阻与负载串联连接，可以有效地限制任何高浪涌电流。