正溫度系數(shù)熱敏電阻了解嗎?不了解就進(jìn)來(lái)瞅一瞅!
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正溫度系數(shù)(PTC)是指在某一溫度下電阻急劇增加、具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象或材料,可專門用作恒定溫度傳感器.該材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3為主要成分的燒結(jié)體,其中摻入微量的Nb、Ta、 Bi、 Sb、Y、La等氧化物進(jìn)行原子價(jià)控制而使之半導(dǎo)化,常將這種半導(dǎo)體化的BaTiO3等材料簡(jiǎn)稱為半導(dǎo)(體)瓷;同時(shí)還添加增大其正電阻溫度系數(shù)的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物,采用一般陶瓷工藝成形、高溫?zé)Y(jié)而使鈦酸鉑等及其固溶體半導(dǎo)化,從而得到正特性的熱敏電阻材料。其溫度系數(shù)及居里點(diǎn)溫度隨組分及燒結(jié)條件(尤其是冷卻溫度)不同而變化。
鈦酸鋇晶體屬于鈣鈦礦型結(jié)構(gòu),是一種鐵電材料,純鈦酸鋇是一種絕緣材料.在鈦酸鋇材料中加入微量稀土元素,進(jìn)行適當(dāng)熱處理后,在居里溫度附近,電阻率陡增幾個(gè)數(shù)量級(jí),產(chǎn)生PTC效應(yīng),此效應(yīng)與BaTiO3晶體的鐵電性及其在居里溫度附近材料的相變有關(guān)。鈦酸鋇半導(dǎo)瓷是一種多晶材料,晶粒之間存在著晶粒間界面。該半導(dǎo)瓷當(dāng)達(dá)到某一特定溫度或電壓,晶體粒界就發(fā)生變化,從而電阻急劇變化。
鈦酸鋇半導(dǎo)瓷的PTC效應(yīng)起因于粒界(晶粒間界)。對(duì)于導(dǎo)電電子來(lái)說(shuō),晶粒間界面相當(dāng)于一個(gè)勢(shì)壘。當(dāng)溫度低時(shí),由于鈦酸鋇內(nèi)電場(chǎng)的作用,導(dǎo)致電子極容易越過(guò)勢(shì)壘,則電阻值較小。當(dāng)溫度升高到居里溫度(即臨界溫度)附近時(shí),內(nèi)電場(chǎng)受到破壞,它不能幫助導(dǎo)電電子越過(guò)勢(shì)壘。這相當(dāng)于勢(shì)壘升高,電阻值突然增大,產(chǎn)生PTC效應(yīng)。鈦酸鋇半導(dǎo)瓷的PTC效應(yīng)的物理模型有海望表面勢(shì)壘模型、丹尼爾斯等人的鋇缺位模型和疊加勢(shì)壘模型,它們分別從不同方面對(duì)PTC效應(yīng)作出了合理解釋。
實(shí)驗(yàn)表明,在工作溫度范圍內(nèi),PTC熱敏電阻的電阻-溫度特性可近似用實(shí)驗(yàn)公式表示:
R(T)=R(T0)*exp(Bp(T-T0))
式中R(T)、R(T0)表示溫度為T、T0時(shí)電阻值,Bp為該種材料的材料常數(shù)。
PTC效應(yīng)起源于陶瓷的粒界和粒界間析出相的性質(zhì),并隨雜質(zhì)種類、濃度、燒結(jié)條件等而產(chǎn)生顯著變化。最近,進(jìn)入實(shí)用化的熱敏電阻中有利用硅片的硅溫度敏感元件,這是體型小且精度高的PTC熱敏電阻,由n型硅構(gòu)成,因其中的雜質(zhì)產(chǎn)生的電子散射隨溫度上升而增加,從而電阻增加。
PTC熱敏電阻于1950年出現(xiàn),隨后1954年出現(xiàn)了以鈦酸鋇為主要材料的PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻在工業(yè)上可用作溫度的測(cè)量與控制,也用于汽車某部位的溫度檢測(cè)與調(diào)節(jié),還大量用于民用設(shè)備,如控制瞬間開(kāi)水器的水溫、空調(diào)器與冷庫(kù)的溫度,利用本身加熱作氣體分析和風(fēng)速機(jī)等方面。下面簡(jiǎn)介一例對(duì)加熱器、馬達(dá)、變壓器、大功率晶體管等電器的加熱和過(guò)熱保護(hù)方面的應(yīng)用。
PTC熱敏電阻除用作加熱元件外,同時(shí)還能起到“開(kāi)關(guān)”的作用,兼有敏感元件、加熱器和開(kāi)關(guān)三種功能,稱之為“熱敏開(kāi)關(guān)”。電流通過(guò)元件后引起溫度升高,即發(fā)熱體的溫度上升,當(dāng)超過(guò)居里點(diǎn)溫度后,電阻增加,從而限制電流增加,于是電流的下降導(dǎo)致元件溫度降低,電阻值的減小又使電路電流增加,元件溫度升高,周而復(fù)始,因此具有使溫度保持在特定范圍的功能,又起到開(kāi)關(guān)作用。利用這種阻溫特性做成加熱源,作為加熱元件應(yīng)用的有暖風(fēng)器、電烙鐵、烘衣柜、空調(diào)等,還可對(duì)電器起到過(guò)熱保護(hù)作用。
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