什么是NTC和PTC？热敏电阻的原理和正确使用方法

1833年，热敏电阻从1930年代开始商业化，当时着名的迈克尔法拉第发现了基本原理。尽管是具有如此悠久历史的温度传感器，但由于其良好的性能、高通用性和突出的性价比，它仍然在广泛的行业中不可或缺。

家用电器，如空调和咖啡机。个人电脑、智能手机等精密设备。从医疗设备到太空探索，例子不胜枚举。这种热敏电阻是一种什么样的温度传感器？与常用作温度标准的金属电阻温度计有什么区别？在本文中，英锐恩单片机开发工程师将深入介绍热敏电阻的概述、原理和机理，以及它们的用途和用法。

一、什么是热敏电阻？

热敏电阻最初是指电阻值随温度变化而变化的电阻器。使用的时候，使这个电阻与被测物体接触，检测产生的电阻的位移差，我们称这种测量温度的温度传感器称为热敏电阻。

同样，工业应用中使用的金属电阻温度计是一种温度传感器，它利用电阻随温度的变化。实际上，热敏电阻是一种使用金属氧化物半导体作为电阻的传感器。正如开头提到的，迈克尔法拉第发现硫化银半导体的电阻随着温度的变化而急剧下降，后来被塞缪尔·鲁本商业化。

目前，由于其高灵敏度和高精度，它已被很好地用于重视耐用性、可靠性和稳定性的温度测量。虽然热敏电阻的材料很多，但与金属等导体相比，半导体具有更容易加工、更小、更轻的优点。此外，由于其响应速度快，它也适用于小直径精密设备。

由于利用电阻变化的性质，它不仅用作温度计和空调的温度检测的温度控制装置，也用于电热水壶、熨斗、智能手机等的过热保护，也用于保护电路等，也用于电流控制。

据说它是一种适用于 50°C至150°C测量的温度传感器，但由于其通用性高，已经开发出各种产品，并且带有特殊涂层的热敏电阻可以使用到300°C。值得注意的是，所有热敏电阻相对于电阻的温度特性都是非线性的，不适合大范围的温度测量。

二、什么是NTC热敏电阻？

热敏电阻可以根据电阻值的变化方式分为三种，但人们还是喜欢统称为“热敏电阻”！首先，我们讲讲NTC热敏电阻。

①原理/机制

NTC是一种热敏电阻，是“负温度系数”的首字母缩写。正如上一节中所说明的，其原理是要知道对象的温度从在电阻值的变化量来测量，由于温度变化而变化，但它是大的是，电阻减小作为温度上升以至于它变成“负面”。这是一个特征。

通过混合镍、锰、钴和铁等氧化物烧结而成的陶瓷半导体（金属氧化物烧结体）用作传感器。实际上，要掺杂的物质决定了是形成n型半导体还是p型半导体。通常，当半导体没有受到任何外部刺激（不施加光、不施加电压等）时，电子不会移动并且几乎没有电流流动。换言之，电阻值高。

在NTC热敏电阻中，认为是因为随着金属氧化物半导体的温度升高，自由电子和空穴移动，结果，电流流动，所以电阻值降低。

②特性

NTC热敏电阻的电阻温度系数是每1℃会降低3至5%。考虑到铂等金属的电阻值每1°C变化只有几个百分点左右，可以看出NTC热敏电阻即使温度变化很小也表现出很大的电阻变化。

从这些特性来看，可以说是能够灵敏检测微小温差的高精度温度传感器。此外，由于电阻器是由相对便宜的材料制成，因此可以批量生产且成本低，这是NTC热敏电阻的另一个特点。

它具有 50°C至500°C的宽广工作温度范围，在从日常用品到工业应用的所有电子设备中都扮演着温度传感器的角色。此外，引线型、尖端型等一般都是一字排开的。

③用途

由于其高灵敏度，NTC热敏电阻用作电子温度计的温度检测传感器，汽车的进气/排放温度检测器，以及空调的室内/室外机。它还用作温度补偿，通过检测智能手机和液晶显示器等移动设备的过热来控制电压。

三、什么是PTC热敏电阻？

PTC热敏电阻是仅次于NTC热敏电阻的第二个最常用的热敏电阻。

①原理/机制

PTC代表正温度系数，是指随着温度升高到一定温度以上，其阻值急剧增加的热敏电阻。Posista这个名字也已经耳熟能详，以钛酸钡为主要成分和少量稀土元素（Kidoruigenso，意为稀土）的多晶陶瓷用作电阻器。

钛酸钡具有铁电物质的特性，其介电常数随温度而变化。这里说的“当超过某个温度时”，这个温度是“居里点”。居里点是铁磁体性能丧失的温度，换句话说，当它低于居里点时，由于高介电常数和电流流动，电子运动平稳，即显示低电阻值。

但是一旦超过居里点，物质就会失去磁力，介电常数显着下降，没有电流流过，这就是电阻值增加的原因。此居里点的温度因物质而异，但一般使用范围在 50°C至150°C左右。

②特性

PTC热敏电阻的特点是，如上所述，超过居里点就会失去磁力，电阻急剧增加。此外，电阻增加的PTC热敏电阻在通电时会产生焦耳热，从而导致自热。换句话说，如果以恒定速率连续施加电压，流过的电流会在一定时间内减少，因此它也可以作为保持任意温度的加热元件。

但是，这一特性也表明，热敏电阻本身在安装热敏电阻的电路中可能会产生超过环境温度的热量，或者可能会影响外围电路。因此，PTC热敏电阻使用高性能陶瓷元件非常重要。

采用高精度陶瓷，超过一定温度时具有电阻，可自行控制温度。这种器件也可以使用碳黑和镍等混合导电颗粒的材料，但这些材料被称为“polyswitch”或“semifuse”，区别于陶瓷PTC，有一种倾向。

由于自发热的特性，阵容中的很多PTC都被设计成即使在一定的大功率下也能使用。因此，它也被用作大电流下的电流控制元件。此外，引线型、尖端型等一般都是一字排开的。

四、用途

与NTC热敏电阻一样，它也被用作通过电阻变化检测温度并防止过热的传感器，但由于其独有的“自发热”特性，它也被用作加热器等加热元件。PTC热敏电阻由于具有自控温功能，因此即使没有特殊的控制电路，只要遵守使用条件，也能安全操作，这是一个方便的点。这种自我控制会随着温度升高而增加电阻并减少产生的热量，从而节省能源，减少不必要的电力消耗。

由于它可以在大电流下使用，它还可以起到保险丝等保护电路的作用，作为功率晶体管和电机的热检测和电阻。即使由于电路中的某些事件导致过电流流过，连接PTC热敏电阻也可以保护外围电路。

此外，上面提到如果电压持续施加一段时间，电阻会增加，流动的电流会减少，但是这个特性也被用于电机启动和开关元件等应用中。

五、什么是CTR热敏电阻？

介绍第三种类型，CTR热敏电阻。CTR是critical temperature resistance的缩写，字面意思是“显着大的温度系数”。它是一种新型的热敏电阻，与NTC类似，具有负温度系数，但与PTC一样，具有超过一定温度范围时电阻值急剧下降的特性。还有，这个特定的温度也是指居里点。

使用通过在钒等氧化物中添加其他材料并烧结来调整的电阻器。虽然不如NTC/PTC热敏电阻常见，但常用于常温范围，不仅可用于空调、冰箱等家用电器，还可用于自动售货机的测温。

六、热敏电阻的使用方法

如上所述，热敏电阻用于各种电子设备的各种应用。因此，“如何使用”有多种说法，但首先要检查“如何实施”和“在什么条件下（温度范围）”。

①热敏电阻的实现

当安装在电路板上时，使用小芯片形状。在这种情况下，电路配置也多种多样，但最常见的一种是将其与其他固定电阻合并。

热敏电阻是一种利用电阻值的传感器，但它是通过温度变化引起的电阻值变化来测量的。因此，需要使用另一个电阻来分压，以便热敏电阻可以测量热敏电阻的输出电压。

我们也可以连接多个热敏电阻以确保准确性。让我们根据实际项目正确实现它。为此，下一节中解释的“如何选择合适的热敏电阻”也很重要。

②如何选择热敏电阻

如何使用热敏电阻很重要，但选择哪种热敏电阻也很重要。最重要的是检查使用的温度范围，热敏电阻的最佳温度范围取决于类型和产品，超出该范围的测量可能会影响精度。

检查被测设备的工作温度范围和热敏电阻规格，并选择最好的一个。举个例子：

首先，我认为列出了B常数和电阻值。B常数表示热敏电阻对温度变化的灵敏度，数值越大，灵敏度越好，即分辨率越高。如果这个B常数大，电阻值也会大，对温度变化表现出很高的敏感性。

其次，注意散热常数。这是由于热敏电阻自发热导致温度上升1°C时所需的功率数，该值越大，测量结果越容易出现误差。

我们知道，性能越高，热敏电阻越好，但产品越贵。在电路设计中考虑成本是非常重要的。所以也要考虑预算，以确定规格不会对实际电路造成任何问题的产品。

除了这些工作温度范围和规格外，形状和要求的规格会根据安装方法以及测量对象是气体、液体还是个人而变化。

以上就是英锐恩单片机开发工程师分享的“什么是NTC和PTC？热敏电阻的原理和正确使用方法”。英锐恩专注单片机应用方案设计与开发，提供8位单片机、16位单片机、32位单片机。