摘要：熱敏內阻是電阻對氣溫變化特別敏感的一種半導體內阻，具有許多奇特的優點和用途，在手動控制、無線電子技術、遙控技術及測溫技術等方面有著廣泛的應用。本實驗通過用電橋法來研究熱敏阻值的內阻氣溫特點，加深對熱敏內阻的內阻氣溫特點的了解。
關鍵詞：熱敏內阻、非平衡直流電橋、電阻氣溫特點
1、引言
熱敏內阻是按照半導體材料的濁度率與氣溫有很強的依賴關系而制成的一種元件，其阻值氣溫系數通常為（-0.003~+0.6）℃-1。為此，熱敏內阻通常可以分為:
Ⅰ、負內阻氣溫系數（簡稱NTC）的熱敏內阻器件
常由一些過渡金屬氧化物（主要用銅、鎳、鈷、鎘等氧化物）在一定的焙燒條件下產生的半導體金屬氧化物作為基本材料制成的，近些年還有單晶硅半導體等材料制成。國產的主要是指MF91~MF96型半導體熱敏內阻。因為組成這類熱敏內阻的上述過渡金屬氧化物在溫度范圍內基本已全部電離，即自旋含量基本上與氣溫無關，因而這類熱敏阻值的內阻率隨氣溫變化主要考慮遷移率與氣溫的關系，隨著氣溫的下降，遷移率降低，內阻率增長。大多應用于測溫溫控技術，還可以制成流量計、功率計等。
Ⅱ、正阻值氣溫系數（簡稱PTC）的熱敏內阻器件
常用錳酸鋇材料添加微量的鈦、鋇等或稀土元素采用陶瓷工藝，低溫烤制而成。這類熱敏內阻的內阻率隨氣溫變化主要依賴于自旋含量，而遷移率隨氣溫的變化相對可以忽視。自旋數量隨氣溫的下降呈指數降低，自旋數量越多，內阻率越小。應用廣泛，除測溫、控溫，在電子線路中作濕度補償外，還制成各種加熱器，如電吹風等。
2、實驗裝置及原理
【實驗裝置】
FQJ—Ⅱ型教學用非平衡直流電橋，FQJ非平衡電橋加熱實驗裝置（加熱爐外置MF51型半導體熱敏內阻（2.7kΩ）以及溫控用的氣溫傳感），連接線若干。
【實驗原理】
按照半導體理論，通常半導體材料的阻值率和絕對濕度之間的關系為
（1—1）
式中a與b對于同一種半導體材料為常量，其數值與材料的化學性質有關。因此熱敏內阻的內阻值可以按照內阻定理寫為
（1—2）
式中為兩電極寬度離，為熱敏內阻的橫截面，。
對某一特定內阻而言，與b均為常數，用實驗方式可以測定。為了易于數據處理，將上式兩側取對數，則有
（1—3）
上式表明與呈線性關系，在實驗中只要測得各個氣溫以及對應的內阻的值，
以為橫座標，為縱座標畫圖，則得到的圖線應為直線，可用圖解法、計算法或最小二加法求出參數a、b的值。
熱敏內阻的內阻氣溫系數下式給出
（1—4）
從上述方式求得的b值和溫度代入式（1—4），就可以算出溫度時的內阻氣溫系數。
熱敏內阻在不同水溫時的內阻值，可由非平衡直流電橋測得。非平衡直流電橋原理圖如下圖所示，B、D之間為一負載內阻，只要測出，就可以得到值。
當負載內阻→，即電橋輸出處于開
路狀態時，=0，僅有電流輸出，用表示，當時，電橋輸出=0，即電橋處于平衡狀態。為了檢測的確切性，在檢測之前，電橋必須預調平衡，這樣可使輸出電流只與某一臂的內阻變化有關。
若R1、R2、R3固定，R4為待測內阻，R4=RX，則當R4→R4+△R時，因電橋不平衡而形成的電流輸出為：
（1—5）
在檢測MF51型熱敏內阻時，非平衡直流電橋所采用的是臥式電橋，，且，則
（1—6）
式中R和均為預調平衡后的內阻值，測得電流輸出后，通過式（1—6）運算可得△R，進而求的=R4+△R。
3、熱敏阻值的阻值氣溫特點研究
依據表中學MF51型半導體熱敏內阻（2.7kΩ）之內阻~氣溫特點研究橋式電路，并設計各臂內阻R和的值，以確保電流輸出不會溢出（本實驗=1000.0Ω，=4323.0Ω）。
按照橋式，預調平衡，將“功能轉換”開關旋至“電壓“位置，按下G、B開關，打開實驗加熱裝置升溫，每隔2℃測1個值，并將檢測數據列表（表二）。
表一MF51型半導體熱敏內阻（2.7kΩ）之內阻～溫度特點
室溫℃253035404550556065
內阻Ω2700222518701573134111601000868748
表二非平衡電橋電流輸出方式（臥式）檢測MF51型熱敏內阻的數據
i12345678910
室溫t℃10.412.414.416.418.420.422.424.426.428.4
熱力學TK283.4285.4287.4289.4291.4293.4295.4297.4299.4301.4
0.0-12.5-27.0-42.5-58.4-74.8-91.6-107.8-126.4-144.4
0.0-259.2-529.9-789-1027.2-124.8-1451.9-1630.1-1815.4-1977.9
4323.04063.83793.13534.03295.83074.92871.12692.92507.62345.1
依據表二所得的數據做出～圖，如下圖所示。運用最小二加法估算所得的線性多項式為，即MF51型半導體熱敏內阻（2.7kΩ）的內阻～溫度特點的物理表達式為。
4、實驗結果偏差
通過實驗所得的MF51型半導體熱敏阻值的內阻—溫度特點的物理表達式為。按照所得表達式估算出熱敏內阻的內阻～溫度特點的檢測值，與表一所給出的參考值有較好的一致性，如下表所示：
表三實驗結果比較
室溫℃253035404550556065
參考值RTΩ2700222518701573134111601000868748
檢測值RTΩ2720223819001587140812321074939823
相對偏差%0.740.581.600.894.996.207.408.1810.00
從上述結果來看，基本在實驗偏差范圍之內。但我們可以清楚的發覺導體電阻的測量實驗報告，隨著氣溫的下降，內阻值變小，而且相對偏差卻在變大，這主要是由肺熱效應而造成的。
5、內熱效應的影響
在實驗過程中，因為借助非平衡電橋檢測熱敏內阻時總有一定的工作電壓通過，熱敏內阻的內阻值大，容積小，潛熱量小，因而焦耳熱將迅速使熱敏內阻形成穩定的低于外界氣溫的附加肺熱溫升，這就是所謂的肺熱效應。在確切檢測熱敏內阻的氣溫特點時，必須考慮肺熱效應的影響。本實驗不作進一步的研究和闡述。
6、實驗小結
通過實驗，我們很顯著的可以發覺熱敏內阻的電阻對氣溫的變化是十分敏感的，但是隨著氣溫上升，其阻值值呈指數關系升高。因此可以借助內阻—溫度特點制成各種傳感導體電阻的測量實驗報告，可使微小的氣溫變化轉變為阻值的變化產生大的訊號輸出，非常易于高精度檢測。又因為器件的容積小，形狀和封裝材料選擇性廣，非常易于低溫、高濕、振動及熱沖擊等環境下作溫溫度傳感，可應用與各類生產作業，開發潛力十分大。