温度传感器基本知识详细介绍

温度传感器是研发早、类型多、发展趋势较完善的比较敏感电子器件．温度传感器由半导体材料结构陶瓷构成，运用的机理是溫度造成电阻器转变 ．若电子器件和氧空位的浓度值分別为n、p，电子密度各自为μn、μp，则半导体材料的氧化还原电位为：

σ=q（nμn pμp）

由于n、p、μn、μp全是依靠溫度T的涵数，因此 氧化还原电位是气温的涵数，因而可由精确测量氧化还原电位而计算出来溫度的多少，并能作出电阻器-溫度特点曲线图．这就是半导体材料温度传感器的原理．

温度传感器包含正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）温度传感器，及其临界压力温度传感器（CTR）．他们的电阻器-溫度特点如图所示1所显示．温度传感器的主要特点是：①精确度较高，其阻值温度系数要比金属材料大10～100倍之上，能检验出10-6℃的气温转变 ；②环境温度区域宽，常温下元器件适用-55℃～315℃，高溫元器件可用溫度高过315℃（现阶段最大可做到2000℃），超低温元器件适用-273℃～55℃；③体型小，可以检测别的温度表不能检测的间隙、内腔及植物体内毛细血管的溫度；④方便使用，阻值可在0.1～100kΩ间随意挑选；⑤易生产加工成繁杂的样子，可批量生产；⑥稳定好、负载水平强．

因为半导体材料温度传感器有与众不同的特性，因此 在使用层面，它不但能够做为检测元器件（如测量温度、总流量、液位仪等），还能够做为控制部件（如热敏开关、限流器）和电源电路赔偿元器件．温度传感器普遍适用于电器产品、电力行业、通信、军事科学、航宇等各行各业，发展前途极为宽阔．

一、PTC温度传感器

PTC（PosiTIve Temperature Coeff1Cient）就是指在某一溫度下电阻器大幅度提升、具备正温度系数的温度传感器状况或原材料，可专业作为稳定温度感应器．该资料是以BaTIO3或SrTIO3或PbTIO3为主要成分的煅烧体，在其中掺加少量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等金属氧化物开展原子价操纵进而之半导化，常将这类半导体材料化的BaTiO3等原材料通称为半导（体）瓷；与此同时还加上扩大其正电阻器温度系数的Mn、Fe、Cu、Cr的化合物和起别的功能的添加剂，选用一般陶瓷艺术成型、高溫煅烧而使钛酸铂等以及离子晶体半导化，进而获得正特点的温度传感器原材料．其温度系数及热导率溫度随成分及煅烧标准（尤其是制冷溫度）不一样而转变 ．

钛酸钡结晶归属于钙钛矿型构造，是一种铁电材料，纯钛酸钡是一种绝缘层材料．在钛酸钡原材料中添加少量稀有元素，开展适度热处理工艺后，在居里温度周边，电阻俱增好多个量级，造成PTC效用，此效用与BaTiO3结晶的铁电性以及在居里温度周边资料的改变相关．钛酸钡半导瓷是一种多晶体原材料，晶体中间普遍存在着晶体间页面．该半导瓷当到达某一特殊溫度或工作电压，结晶粒界就产生变化，进而电阻器大幅度转变 ．

钛酸钡半导瓷的PTC效用起因于粒界（晶体间界）．针对导电性电子器件而言，晶体间页面等同于一个能隙．当温度低时，因为钛酸钡内静电场的功效，造成 电子器件很容易翻过能隙，则阻值较小．当环境温度上升到热导率溫度（即临界压力）周边时，内静电场受到损坏，它不可以协助导电性电子器件翻过能隙．这等同于能隙上升，阻值忽然扩大，造成PTC效用．钛酸钡半导瓷的PTC效用的概念模型有海望表层能隙实体模型、丹尼尔斯等的钡缺乏实体模型和累加能隙实体模型，他们各自从差异层面对PTC效用做出了有效表述．

试验说明，在操作温度范畴内，PTC温度传感器的电阻器-溫度特点可类似用试验公式计算表明：

RT=RT0expBp（T-T0）

式中RT、RT0表明溫度为T、T0时阻值，Bp为这种原材料的原材料参量．

PTC效用始于瓷器的粒界和粒界间进行析出相的特性，并随残渣类型、浓度值、煅烧标准等而造成明显转变 ．近期，进到产品化的温度传感器中有运用单晶硅片的硅溫度光敏电阻器，这也是身型且高精度的PTC温度传感器，由n型硅组成，因当中的残渣造成的电子散射随溫度升高而提升，进而电阻器提升．

PTC温度传感器于1950年发生，接着1954年发生了以钛酸钡为关键原材料的PTC温度传感器．PTC温度传感器在工业生产上可作为温度的测量与操纵，也适用于车辆某位置的温度测量与调整，还大量的用以民用型机器设备，如操纵一瞬间开水器的温度、空调与冻库的溫度，运用自身加温作汽体剖析和风力机等层面．下边介绍一例对电加热器、电机、变电器、功率大的晶体三极管等家用电器的升温和超温维护领域的运用。

PTC温度传感器除作为加温元器件外，与此同时还能具有“电源开关”的功效，兼具光敏电阻器、电加热器和电源开关三种作用，称作“热敏开关”，如图2和3所显示．电流量根据元器件后造成气温上升，即发热器的气温升高，当超出热导率溫度后，电阻器提升，进而限定电流量提升，因此电流量的下滑造成 元器件溫度减少，阻值的减少又使电源电路电流量提升，元器件溫度上升，循环往复，因而具备使环境温度始终保持在指定区域的作用，又具有按钮功效．运用这类阻温特点制成加温源，做为加温元器件运用的有暖风器、电铬铁、烘衣橱、中央空调等，还可对家用电器具有超温维护功效．

二、NTC温度传感器

NTC（Negative Temperature Coeff1Cient）就是指随溫度升高电阻器呈指数值关联减少、具备负温度系数的温度传感器状况和原材料．该资料是借助锰、铜、硅、鈷、铁、镍、锌等2种或两类之上的氢氧化物开展充分的混和、成形、煅烧等工序而成的半导体材料瓷器，可做成具备负温度系数（NTC）的温度传感器．其电阻和原材料参量随原材料成份占比、煅烧氛围、煅烧溫度和构造模式差异而转变 ．如今还发生了以碳碳复合材料、硒化锡、渗氮钽等为象征的非金属氧化物系NTC温度传感器原材料．

NTC热敏电阻半导瓷大部分是尖晶构造或其它构造的金属氧化物瓷器，具备负的温度系数，阻值可类似表达为：

式中RT、RT0分别为溫度T、T0时的阻值，Bn为材质参量．瓷器晶体自身因为溫度改变而使电阻产生变化，这也是由半导体材料特点决策的．

NTC热敏电阻的发展趋势经历了艰难的环节．1834年，生物学家初次看到了硫化银有负温度系数的特点．1930年，生物学家发觉氧化亚铜-氯化铜也具备负温度系数的特性，并将之取得成功地应用在航空公司设备的温度补偿电源电路中．接着，因为晶体三极管工艺的持续发展趋势，热敏电阻的科学研究获得重大突破．1960年研发出了N1C热敏电阻．NTC热敏电阻普遍用作温度测量、温度控制、温度补偿等层面．下边详细介绍一个温度检测的使用案例，NTC温度传感器温度测量用基本原理如图4所显示．

它的检测范围一般为-10～ 300℃，也可保证-200～ 10℃，乃至可用以 300～ 1200℃自然环境中作温度测量用．RT为NTC热敏电阻；R2和R3是电桥平衡电阻器；R1为起止电阻器；R4为满标尺电阻器，校检表头，也称校检电阻器；R7、R8和W为分压电路电阻器，为电桥电路给予一个平稳的直流稳压电源．R6与表头（微安表）串连，起调整表头标尺和限定流过表头的电流量的功效．R5与表头串联，起防护功效．在没有均衡电桥电路臂（即R1、RT）连接一只热敏元件RT作溫度传感器摄像头．因为热敏电阻的电阻值随环境温度的变动而转变 ，因此使接在电桥电路对角间的表头标示也相对转变 ．这就是热敏电阻温度表的原理．

热敏电阻温度表的精密度能够做到0.1℃，温度传感器時间可以少至10s下列．它不但适用粮库红外测温仪，与此同时也可使用于食品类存储、医疗卫生、科学种田、深海、深水井、高处、冰河等领域的温度检测．

三、CTR温度传感器

临界压力温度传感器CTR（Crit1Cal Temperature Resistor）具备负电阻器基因突变特点，在某一溫度下，阻值随环境温度的提升激剧减少，具备较大的负温度系数．组成材质是钒、钡、锶、磷等原素金属氧化物的混和煅烧体，是半玻璃状的半导体材料，也称CTR为玻璃态温度传感器．剧变溫度随加上锗、钨、钼等的化合物而变．这也是因为不一样残渣的掺加，使氧化钒的晶格常数间距不一样引起的．若在合理的复原氛围中五氧化二钒变为二氧化钒，则电阻器急变溫度增大；若进一步复原为三空气氧化二钒，则急变消退．造成电阻器急变的溫度相匹配于半夹层玻璃半导体材料物理性能急变的部位，因而造成半导体材料-金属材料相位．CTR可以做为温度控制警报等运用．

温度传感器的研究和应用程序开发已获得了引人瞩目的成效．伴随着高、精、尖高新科技的运用，对温度传感器的导电性原理和运用的更深入的探寻，及其对特性优质的新型材料的深入分析，可能获得快速发展趋势．

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