第3章半导体温度传感器基础
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热敏电阻的最大功率是指在25度静止空 气中，能长期施加在元件上的最大功耗。
第3章半导体温度传感器基础
9
六、热敏电阻的耗散系数 （ ）
热敏电阻的耗散系数定义为热敏电阻功率耗散 的变化量（ΔP）与该元件的温度变化量（ΔT）之比，
即热敏电阻的P体温每升高１度所消耗的功率：T
P T
W
K
第3章半导体温度传感器基础
PTC热敏电阻是指具有正温度系数的热敏电阻，即其
电阻值随温度的升高而增加。NTC热敏电阻的阻值则随温
度的上升而减小。CTR热敏电阻的特点是当温度变化到某
一数值（临界温度）时，其电阻值会在几度的温度范围
内下降3~4个数量级，常用于自动控制及温度报警电路中。
第3章半导体温度传感器基础
4
3-1-1 半导瓷热敏电阻的基本特性
热敏电阻的平衡点电阻，指在25度静止空气中，
对PTC元件施加最大工作电压Vmax（指热敏电
阻能够长期稳定工作在开关状态下的最大电
压），当电阻体的温度平衡时所具有的电阻值。
平衡点电阻对应的温度
第3章半导体温度传感器基础
19
２.电流—时间特性
电流—时间特性是指当PTC元 件两端加上额定工作电压时，流过 元件的电流I与时间t的关系。电 流—时间特性与电阻—温度特性之 间有一定的内在关系。电流—时间 特性描绘热敏电阻施加电压时，流 过电阻体内电流的变化情况。即直 观反映元件的开关特性，对实际应 用起重要的指导作用。右图为实测 交流的电流—时间特性曲线示意图。 电流—时间特性的典型应用有自动 消磁、马达启动、延迟开关等。
为费米能级。势垒高度 可通过求解泊松
方程获得：
0
e2n0r 2
2 0 eff
l 2ns2
20eff n0
第3章半导体温度传感器基础
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二、性能参数 １.电阻—温度特性典型的电阻—温度特性如右图所示。 图中，曲线Ⅰ为突变型（开关型），曲线Ⅱ为缓变型（直线型）。
第3章半导体温度传感器基础
18
曲线Ⅰ上Tb为开关温度，对应的零功率电阻Rb为
开关电阻值。开关温度是由材料的居里温度决 定的。常用的PTC热敏电阻的开关温度，从０ 度到340度每隔10度一档系列化。居里温度的 移动是通过改变材料的配方实现的。开关温度 表征开关型PTC热敏电阻器的电阻值产生阶跃 增大时的温度，工程上一般规定阻值增大到最
小电阻值Rmin的2倍时的温度。Rp为直热式PTC
预烧 烧成
球磨 成型
第3章半导体温度传感器基础
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3-1-2 PTC热敏电阻
PTC热敏电阻通常是用BaTiO3 掺入稀土元素使之半导化而制
成的。 一、导电机理 大量实验证明：BaTiO3半导瓷的PTC效应是由于晶粒边界上的
肖特基势垒引起的，如下图所示。
第3章半导体温度传感器基础
16
图中，NC、NS分别为导带状态密度和表面 态密度；ES为表面态距导带底的距离；EF
10
第3章半导体温度传感器基础
11
从另一个角度看，在该时间内，令电阻本体温度变化了T，则
其耗散的热量为
Q C T
显然有： C T T T0 t
或者
C dT T T0 dt
解得
T
T0
T
T0
exp
t
式中 C ，称为热敏电阻的热时间常数。由上式可知，当
t 时，有 T T0 T T0 exp1
一、零功率电阻值（RT）
零功率电阻值是指在规定的温度下，测量热敏 电阻的电阻值，测量时应保证该电阻的功耗低到因 其本身的功耗引起的电阻值的变化小到可以忽略的 地步。此时，测得的电阻值即为热敏电阻的零功率 电阻值。25度下的零功率电阻值称为额定电阻值。
第3章半导体温度传感器基础
5
二、电阻—温度特性
电阻—温度特性是指在静止的
第三章
半导体温度传感器
第3章半导体温度传感器基础
1
概述
热量及与之相关的温度是人类生活关系最 为密切的物理量，也是人类研究最早、检测方 法最多的物理量之一。自古以来，许多测量方 法已为人们所熟知。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ着社会的发展与进步， 温度检测的重要性日益提高，温度传感器的应 用范围也日益扩大。在工业、农业、交通运输、 防灾、医疗、空间及海洋开发、家用电器等各 个领域中都离不开温度传感器。
第3章半导体温度传感器基础
3
第1节 半导瓷热敏电阻温度传感器
半导瓷热敏电阻一般是用金属氧化物为原料，采用陶 瓷工艺制备的具有半导体特性的陶瓷电阻器。这些热敏 电阻的共同特点是灵敏度高、重复性好、工艺性强，而 且便于工业化生产，因而成本较低。目前已广泛用于工 业、农业、科研、国防等各个领域。
半导瓷热敏电阻主要有三种类型，即PTC热敏电阻、 NTC热敏电阻和CTR热敏电阻。
第3章半导体温度传感器基础
2
传感器的分类
• 温度传感器按使用的方式可分为两大类：测温时 使传感器与被测物体直接接触的称为接触型温度 传感器；传感器与被测物体不接触，而是利用被 测物体发出的热辐射来测量的称为非接触型温度 传感器。
• 温度是一个状态量，从超低温到超高温，范围极 宽。同时，由于测量对象繁杂多样，因而没有任 何一种温度传感器能够覆盖整个温度范围而又能 满足一定的测量精度，而只能根据不同温度范围 和不同检测对象，恰当地选择不同的传感器。
是指在25度静止空气中热敏电阻在建立了热 平衡以后，加在其两端的电压与稳定电流之间的关 系。不同类型的热敏电阻具有不同的静态伏—安特 性。
以上几种特性参数是各类热敏电阻所共有的。 除此以外，各类热敏电阻尚有各自特殊的特征参数。
第3章半导体温度传感器基础
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半导瓷热敏电阻的制备工艺流程
配料 测试
球磨 被电极
即
T
T
0.632 T T 第3章半导体温度传感器基础 0
12
时间常数的物理意义
• 热敏电阻在零功率状态下，当环境温度从一 个特定值相另一个特定值变化时，电阻体温 度变化了这两个特定温度之差的63.2%所用的 时间。
T T 0.632T T0
第3章半导体温度传感器基础
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九、静态伏—安特性
100 dRT RT dT
% oC
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四、类别温度范围
• 类别温度范围是指在零功率的条件下， 热敏电阻可连续工作的环境温度范围， 不同类型或不同型号的热敏电阻，具有 不同的类别温度范围。通常在相应的产 品详细规范中给出。
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五、热敏电阻的最大功率（Pmax）
第3章半导体温度传感器基础
空气中测得 的热敏电阻 的零功率电 阻值与其温 度之间的依 赖关系。PTC、 NTC、及CTR 热敏电阻的 典型电阻— 温度特性如 上图所示。
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三、电阻—温度系数（T ）
电阻—温度系数是在规定温度下，热敏电阻的 零功率电阻值的相对变化率与产生这种变化的温度 增量之比，即
T
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六、热敏电阻的耗散系数 （ ）
热敏电阻的耗散系数定义为热敏电阻功率耗散 的变化量（ΔP）与该元件的温度变化量（ΔT）之比，
即热敏电阻的P体温每升高１度所消耗的功率：T
P T
W
K
第3章半导体温度传感器基础
PTC热敏电阻是指具有正温度系数的热敏电阻，即其
电阻值随温度的升高而增加。NTC热敏电阻的阻值则随温
度的上升而减小。CTR热敏电阻的特点是当温度变化到某
一数值（临界温度）时，其电阻值会在几度的温度范围
内下降3~4个数量级，常用于自动控制及温度报警电路中。
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3-1-1 半导瓷热敏电阻的基本特性
热敏电阻的平衡点电阻，指在25度静止空气中，
对PTC元件施加最大工作电压Vmax（指热敏电
阻能够长期稳定工作在开关状态下的最大电
压），当电阻体的温度平衡时所具有的电阻值。
平衡点电阻对应的温度
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２.电流—时间特性
电流—时间特性是指当PTC元 件两端加上额定工作电压时，流过 元件的电流I与时间t的关系。电 流—时间特性与电阻—温度特性之 间有一定的内在关系。电流—时间 特性描绘热敏电阻施加电压时，流 过电阻体内电流的变化情况。即直 观反映元件的开关特性，对实际应 用起重要的指导作用。右图为实测 交流的电流—时间特性曲线示意图。 电流—时间特性的典型应用有自动 消磁、马达启动、延迟开关等。
为费米能级。势垒高度 可通过求解泊松
方程获得：
0
e2n0r 2
2 0 eff
l 2ns2
20eff n0
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二、性能参数 １.电阻—温度特性典型的电阻—温度特性如右图所示。 图中，曲线Ⅰ为突变型（开关型），曲线Ⅱ为缓变型（直线型）。
第3章半导体温度传感器基础
18
曲线Ⅰ上Tb为开关温度，对应的零功率电阻Rb为
开关电阻值。开关温度是由材料的居里温度决 定的。常用的PTC热敏电阻的开关温度，从０ 度到340度每隔10度一档系列化。居里温度的 移动是通过改变材料的配方实现的。开关温度 表征开关型PTC热敏电阻器的电阻值产生阶跃 增大时的温度，工程上一般规定阻值增大到最
小电阻值Rmin的2倍时的温度。Rp为直热式PTC
预烧 烧成
球磨 成型
第3章半导体温度传感器基础
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3-1-2 PTC热敏电阻
PTC热敏电阻通常是用BaTiO3 掺入稀土元素使之半导化而制
成的。 一、导电机理 大量实验证明：BaTiO3半导瓷的PTC效应是由于晶粒边界上的
肖特基势垒引起的，如下图所示。
第3章半导体温度传感器基础
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图中，NC、NS分别为导带状态密度和表面 态密度；ES为表面态距导带底的距离；EF
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第3章半导体温度传感器基础
11
从另一个角度看，在该时间内，令电阻本体温度变化了T，则
其耗散的热量为
Q C T
显然有： C T T T0 t
或者
C dT T T0 dt
解得
T
T0
T
T0
exp
t
式中 C ，称为热敏电阻的热时间常数。由上式可知，当
t 时，有 T T0 T T0 exp1
一、零功率电阻值（RT）
零功率电阻值是指在规定的温度下，测量热敏 电阻的电阻值，测量时应保证该电阻的功耗低到因 其本身的功耗引起的电阻值的变化小到可以忽略的 地步。此时，测得的电阻值即为热敏电阻的零功率 电阻值。25度下的零功率电阻值称为额定电阻值。
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二、电阻—温度特性
电阻—温度特性是指在静止的
第三章
半导体温度传感器
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概述
热量及与之相关的温度是人类生活关系最 为密切的物理量，也是人类研究最早、检测方 法最多的物理量之一。自古以来，许多测量方 法已为人们所熟知。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ着社会的发展与进步， 温度检测的重要性日益提高，温度传感器的应 用范围也日益扩大。在工业、农业、交通运输、 防灾、医疗、空间及海洋开发、家用电器等各 个领域中都离不开温度传感器。
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第1节 半导瓷热敏电阻温度传感器
半导瓷热敏电阻一般是用金属氧化物为原料，采用陶 瓷工艺制备的具有半导体特性的陶瓷电阻器。这些热敏 电阻的共同特点是灵敏度高、重复性好、工艺性强，而 且便于工业化生产，因而成本较低。目前已广泛用于工 业、农业、科研、国防等各个领域。
半导瓷热敏电阻主要有三种类型，即PTC热敏电阻、 NTC热敏电阻和CTR热敏电阻。
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传感器的分类
• 温度传感器按使用的方式可分为两大类：测温时 使传感器与被测物体直接接触的称为接触型温度 传感器；传感器与被测物体不接触，而是利用被 测物体发出的热辐射来测量的称为非接触型温度 传感器。
• 温度是一个状态量，从超低温到超高温，范围极 宽。同时，由于测量对象繁杂多样，因而没有任 何一种温度传感器能够覆盖整个温度范围而又能 满足一定的测量精度，而只能根据不同温度范围 和不同检测对象，恰当地选择不同的传感器。
是指在25度静止空气中热敏电阻在建立了热 平衡以后，加在其两端的电压与稳定电流之间的关 系。不同类型的热敏电阻具有不同的静态伏—安特 性。
以上几种特性参数是各类热敏电阻所共有的。 除此以外，各类热敏电阻尚有各自特殊的特征参数。
第3章半导体温度传感器基础
14
半导瓷热敏电阻的制备工艺流程
配料 测试
球磨 被电极
即
T
T
0.632 T T 第3章半导体温度传感器基础 0
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时间常数的物理意义
• 热敏电阻在零功率状态下，当环境温度从一 个特定值相另一个特定值变化时，电阻体温 度变化了这两个特定温度之差的63.2%所用的 时间。
T T 0.632T T0
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九、静态伏—安特性
100 dRT RT dT
% oC
第3章半导体温度传感器基础
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四、类别温度范围
• 类别温度范围是指在零功率的条件下， 热敏电阻可连续工作的环境温度范围， 不同类型或不同型号的热敏电阻，具有 不同的类别温度范围。通常在相应的产 品详细规范中给出。
第3章半导体温度传感器基础
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五、热敏电阻的最大功率（Pmax）
第3章半导体温度传感器基础
空气中测得 的热敏电阻 的零功率电 阻值与其温 度之间的依 赖关系。PTC、 NTC、及CTR 热敏电阻的 典型电阻— 温度特性如 上图所示。
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三、电阻—温度系数（T ）
电阻—温度系数是在规定温度下，热敏电阻的 零功率电阻值的相对变化率与产生这种变化的温度 增量之比，即
T