一文了解PTC vs NTC热敏电阻的工作原理、作用及检测方法对比

热敏电阻是一种电阻器，其特点是电阻值随温度的变化而显著变化，这使得它们成为非常有用的温度传感器。它们可以由单晶、多晶或玻璃、塑料等半导体材料制成，并分为两大类：正温度系数热敏电阻（#PTC热敏电阻#）和负温度系数热敏电阻（#NTC热敏电阻#）。热敏电阻因其高灵敏度、成本效益、小型化及易于使用的特点，在各种领域中得到广泛应用，包括家用电器、汽车电子、环境控制、医疗设备以及工业自动化系统中。由于它们是无源元件，热敏电阻不需要外部电源即可工作，这使得它们成为许多温度检测和控制应用的理想选择。

热敏电阻符号

热敏电阻符号

热敏电阻常见术语

（1）标称阻值Rc：一般是指环境温度为25℃时热敏电阻的实际阻值。

（2）实际电阻值RT：在一定温度条件下测得的电阻值。

（3）材料灵敏度：是描述热敏电阻材料物理特性的参数和热显示值。 B值越大，热敏电阻越灵敏。需要注意的是，在实际工作中，B值并不是一个常数，而是随着温度的升高而增大。

（4）电阻温度系数αT：表示每1℃的电阻变化率，单位为%/℃。

（5）热时间常数T：热敏电阻具有热惯性，热时间常数是用来描述热敏电阻热惯性的参数。定义为：在不消耗功率的情况下，当环境温度突然从一个特定温度变化到另一个特定温度时，实现两个特定温度之间相差63.2%所需的时间。 T越大，热惯性越小。

（6）额定功率PM：在规定的技术条件下，热敏电阻在连续负载下的耗散功率。实际使用中不能超过额定功率。如果热敏电阻工作的环境温度超过25°C，则必须相应降低其负载率。

（7）额定工作电流IM：是热敏电阻在工作状态下规定的标称电流值。

（8）实测功率Pc：在规定的环境温度下，试验电流加热的热敏电阻的阻值变化不超过0.1%时所消耗的电功率。

（9）最大电压：对于NTC热敏电阻来说，是指在规定的环境温度下允许连续施加而不引起热敏电阻热失控的最大直流电压；对于PTC热敏电阻来说，是指在规定的环境温度和静止空气中，允许连续施加在热敏电阻上并保证热敏电阻在PTC特性部分正常工作的最大直流电压。

热敏电阻的类型

下面道合顺将简单介绍热敏电阻的分类。

1.PTC热敏电阻

PTC热敏电阻 是指采用具有正温度系数的材料制成的热敏电阻，在一定温度下电阻值急剧增大，可专门用作温度传感的恒温传感器。主体基体材料是半导体硅单晶，也称为硅PTC热敏电阻。

实验表明，在工作温度范围内，PTC热敏电阻的电阻温度特性可以用实验公式来近似：

R(T)=R(T0)*exp(Bp(T-T0))

式中，R(T)和R(T0)表示温度为T和T0时的电阻值，Bp为材料的材料常数。

PTC效应源于晶界间析出物的性质，并随杂质的类型、浓度和烧结条件而显着变化。近年来，硅片被用于温度敏感元件，形成尺寸小、精度高的PTC热敏电阻。它由n型硅组成，由于其中的杂质造成的电子散射随着温度的升高而增大，因而电阻增大。 

PTC热敏电阻可用于工业上的温度测量和控制，以及汽车某些部件的温度检测和调节。它还广泛应用于民用设备，如控制即热式热水器的水温、空调、冷库的温度，以及加热器、电机、变压器、大功率晶体管等电器。

PTC热敏电阻除了用作加热元件外，还可以起到“开关”的作用，它具有敏感元件、加热器、开关三种功能，称为“热开关”。电流通过元件后，温度升高，即发热元件的温度升高。当温度超过居里点时，电阻增加，从而限制电流的增加。因此，电流的减小导致元件温度降低，而电阻值的降低又使电路电流增大，元件温度升高，如此反复进行，因此具有保持元件温度的作用。温度在特定范围内，它也起到开关的作用。利用这种耐温特性来制作加热源。用作空气加热器、电烙铁、干燥柜、空调等中的加热元件，还可以保护电器过热。

2.NTC热敏电阻

NTC热敏电阻，又称功率热敏电阻，是指采用阻值随温度升高呈指数下降且具有负温度系数的材料的热敏电阻。

NTC热半导体陶瓷多为尖晶石结构或其他结构的氧化物陶瓷，具有负温度系数，电阻值可近似表示为：

R(T) = R(T0) *exp(Bn(1/T-1/T0))

其中R(T)和R(T0)分别是温度T和T0下的电阻值，Bn是材料常数。陶瓷晶粒本身的电阻率会因温度变化而变化，这是由半导体的特性决定的。

NTC热敏电阻的发展经历了很长一段时间。 1834年，科学家首次发现硫化银具有负温度系数。 1930年，科学家发现氧化亚铜-氧化铜也具有负温度系数的性能，并成功地将其应用于航空仪器的温度补偿电路中。随后，由于晶体管技术的不断发展，热敏电阻的研究取得了重大进展。 NTC热敏电阻于1960年研制成功，现已广泛应用于温度测量、温度控制、温度补偿等领域。

热敏电阻的作用

热敏电阻最重要的应用是作为温度检测元件，通常采用NTC热敏电阻来进行温度检测。例如，常用于家用电器，如电饭锅、电磁炉等。

1、超温报警电路

过温报警电路中装有热敏电阻。上图是由热敏电阻作为温度检测元件组成的超温报警电路。

其工作原理是：当环境或检测到的温度较低时，热敏电阻RT的阻值较高，此时逻辑门IC-1的输入端为高电平，经过IC-1后为低电平。反转。此时，三极管VT1的基极为低电平，VT1截止，继电器不动作； IC-2反转后，输出为高电平，LED不发光； IC-3的输入端为低电平。由-3和IC-4组成的振荡电路不工作，扬声器无声音输出。

当温度升高时，RT的阻值减小。当温度升高到一定值时，IC-1的输入端变为低电平，反转后输出高电平。此时，三极管VT1的基极为高电平，三极管导通，继电器线圈得电，控制其后面的负载； IC2反相后，输出低电平，LED点亮； IC-3输入为高电平，振荡器工作，扬声器发出声音报警。

热敏电阻除了用作温度检测元件外，还有以下应用。

2、NTC热敏电阻在开关电源中的应用

开关电源是AC-DC-AC-DC的工作过程。交流电经过整流后，经过电容滤波。通电瞬间，由于电容需要充电，瞬时电流会比正常工作时大很多，会对前面的整流部分、保险丝、电网产生影响。通常，在开关电源的输入端串联一个NTC热敏电阻。由于其在常温下具有较高的电阻，因此在上电的瞬间会起到一定的限流作用。电流会导致NTC热敏电阻升温。随着温度升高，其电阻值会降低。这时就相当于一根电线，保证电源的正常工作。

3、PTC消磁电阻

老式显像管 (CRT) 电视通过电磁场改变电子束运动方向来显示图像。受环境磁场或地磁的影响，电子束会发生偏转，从而影响显示的图像和色彩。电视机开机后，显像管需要消磁。消磁线圈包围在显像管的周围，通过接通工频交流电即可达到消磁的目的，消磁的过程只需在通电的瞬间进行即可。

通过在消磁电路中接入PTC，可以达到消磁后自动断电的目的。由于常温下PTC的电阻值较小，交流电会通过消磁电阻给消磁线圈供电，流过的电流会使消磁电阻的温度升高。消磁电路电流减小，导致消磁线圈停止工作。

4、PTC加热板

传统电加热一般采用钨丝作为加热材料，但其寿命短、抗震动能力弱。许多家用电器，如取暖器、空调电辅助加热等，都采用PTC作为发热材料。 PTC的使用寿命比钨丝长很多，而且随着加热温度的升高，PTC的电阻值也会增大，其工作电流会逐渐减小。当温度下降时，电阻值减小，电流增大，从而起到一定的自动恒温的目的。

5.3D打印机

3D打印机是利用CAD（计算机辅助设计）通过成型设备通过材料堆积的方式制作实体模型的技术。通过电脑中的程序，可以将“打印材料”逐层叠加，最终，电脑上的蓝图就变成了现实。

3D打印机通常使用NTC热敏电阻来控制工作温度。通过控制打印过程中的温度，提高3D打印的精度和成功率，从而达到3D打印和3D模型产品造型中色彩的效果。最常用的NTC热敏电阻是单端波封热敏电阻，它采用玻璃封装，气密密封，提供电压绝缘，适合在高温和潮湿的环境下工作。

热敏电阻和热电偶有什么区别

热敏电阻和热电偶都是常用的温度测量元件，但它们在工作原理、应用范围和特点上有明显的区别：

1. 工作原理：

   • 热敏电阻：基于电阻变化原理。热敏电阻的电阻值会随温度变化而显著改变，这一特性使得它们能将温度的变化转化为电信号（电阻值）的变化。热敏电阻通常由半导体材料制成。

   • 热电偶：基于热电效应原理。热电偶由两种不同的金属材料焊接在一起形成两个结点，当这两个结点处于不同温度时，会在闭合回路中产生一个可测量的电动势（电压）。这个电动势与两个结点之间的温差成比例。

2. 测量范围：

   • 热敏电阻：通常适用于较低温度范围，一般在-50℃到150℃之间，适合精密温度控制和低温测量。

   • 热电偶：测量范围更广，可以从极低温度（-200℃）到极高温度（2300℃），适合高温环境和工业过程控制。

3. 精度与稳定性：

   • 热电偶通常具有较高的灵敏度和精度，特别适合高温测量，但需要定期校准以维持准确性。

   • 热敏电阻在特定温度范围内可以提供高精度测量，尤其是NTC热敏电阻在低温区域能提供很好的线性度和灵敏度，但整体测量范围受限。

4. 结构与应用：

   • 热敏电阻体积小、反应快，适用于快速温度变化的场合和空间受限的应用。

   • 热电偶由于其宽广的温度范围和坚固耐用的特性，更适用于恶劣环境和远距离温度测量，但通常需要冷端补偿以消除环境温度的影响。

如何测试热敏电阻

在接下来的部分中，道合顺将讨论如何测试热敏电阻。

可以采用如图所示的加热方法来检测热敏电阻的好坏。用万用表的两只表笔 连接热敏电阻的两根引线，然后用热电烙铁（20W）加热热敏电阻（靠近热敏电阻）。对于PTC热敏电阻来说，随着温度升高，阻值应增大；对于NTC热敏电阻来说，随着温度的升高，阻值应该减小。如果热敏电阻受热后其阻值不发生变化，则热敏电阻已损坏。

PTC热敏电阻的检测 

测试时，使用万用表R×1挡，可分两步操作：

1、常温检测（室内温度接近25℃）：将两表笔与PTC热敏电阻的两个引脚连接，测量实际电阻值，并与标称电阻值进行比较。两者相差在±2Ω以内，属正常现象。 如果实际电阻值与标称电阻值相差太大，则说明其性能不良或损坏。

2、发热检测：在常温测试的基础上，可以进行第二步测试——发热检测，在PTC热敏电阻附近加热热源（如电烙铁）。用万用表监测电阻值是否随温度升高而增大。如果是，则说明热敏电阻正常；如果电阻值没有变化，则说明其性能已变差，不能继续使用。注意热源不要距离PTC热敏电阻太近或直接接触热敏电阻，以免烧毁。

检测PTC热敏电阻的好坏，可以遵循以下步骤：

3、冷却检测（可选）：在完成加热测试并让PTC热敏电阻自然冷却至室温后，再次测量其阻值。阻值应当恢复到接近初始的常温阻值，表明其具有良好的热恢复特性。

4、耐压与耐流检测（针对特定应用）：对于需要在电路中承受一定电压或电流的PTC热敏电阻，还需检查其耐压和耐流能力，确保在规定的工作条件下不会发生击穿或过热。

NTC热敏电阻的检测

1、常温检测：使用万用表设置在适当的欧姆挡，根据NTC热敏电阻的标称阻值来选择挡位。在环境温度接近25℃时进行测量，因为标称阻值通常是在这个温度下给出的。用万用表的表笔直接接触热敏电阻的两个引脚，测量其实际阻值。比较测量得到的阻值与热敏电阻的标称阻值，正常的NTC热敏电阻，其实际阻值应与标称阻值相差不大，一般在±2Ω内被认为是正常的。如果两者相差过大，可能意味着热敏电阻性能不良或已损坏。

2、加温检测：在常温检测合格后，进行此步骤以进一步验证热敏电阻的性能。使用一个热源（例如电烙铁，但需保持安全距离避免直接接触），对热敏电阻进行局部加热。观察万用表示数随温度变化的情况。对于NTC热敏电阻，随着温度的升高，阻值应该降低。如果万用表示数随温度变化而有预期的变化，并且最终阻值稳定在一个合理范围内，说明热敏电阻能够正常响应温度变化，功能良好。若阻值无明显变化，说明热敏电阻可能已失去其温度敏感特性，不再适用。

注意：在进行加温检测时，应确保安全操作，避免烫伤或损坏设备。此外，对于高精度或特殊用途的NTC热敏电阻，可能需要使用更专业的温度校验设备进行精确测量。