感測器與訊號調理

熱敏電阻(thermistor)

/ THUR-mis-ter /

熱敏電阻是一種「很在乎溫度」的電阻。一般電阻拚命想在升溫時維持同樣的電阻;熱敏電阻則刻意反其道而行——它的電阻隨溫度大幅變化,而這正是重點。把它加熱(對常見的 NTC 型而言),電阻就急遽下降。量出電阻,你就量到了溫度。

大多數熱敏電阻是 NTC,即負溫度係數:越熱、電阻越低。它由金屬氧化物陶瓷製成,非常靈敏——室溫附近每升一度,電阻變化可達數個百分比,遠勝金屬感測器。代價是這關係嚴重彎曲,並非直線。工程師用 Beta 方程,或更準的 Steinhart-Hart 方程來描述它。典型零件標示為 25 °C 時 10 kΩ、Beta 約 3950 K;你把它放進分壓器、量電壓、反推出電阻,再用方程(或查表)得到溫度。另有較少見的 PTC 型,電阻隨熱升高,多用於保護而非精密量測。

為何重要:熱敏電阻便宜、微小、反應快又靈敏,所以無所不在——電池組、3D 印表機熱端、恆溫器、醫用體溫計。誠實的提醒:它的曲線必須靠軟體或巧妙的電阻技巧線性化;各顆之間的差異可達一度以上,除非買分級零件或自行校準;而且因為量溫度要讓電流流過元件,電流太大會把熱敏電阻自己加熱(自熱效應),結果你量到的是自己量測造成的誤差。請讓感測電流保持很小。

一顆 10 kΩ 的 NTC 熱敏電阻放在分壓器下臂,上臂是 10 kΩ 固定電阻,接 3.3 V。25 °C 時兩者都是 10 kΩ,分壓點讀到 1.65 V。把熱敏電阻加熱到約 50 °C,它的電阻降到約 4 kΩ,分壓點掉到約 0.94 V——微控制器再把這個電壓換回溫度。

電阻隨熱下降;分壓器把它變成可讀的電壓。

熱敏電阻的反應強烈非線性,單一線性公式在大範圍內必然失準——務必用 Beta 或 Steinhart-Hart 方程或查表線性化。並讓感測電流極小,否則自熱會帶來額外誤差。

又称
NTC thermistorthermal resistor負溫度係數電阻NTC