资源描述
热敏电阻器(thermistor)——型号MZ、MF:
就是一种对温度反应较敏感、阻值会随着温度得变化而变化得非线性电阻器,通常由单晶、多晶半导体材料制成。
文字符号: “RT”或“R”
热敏电阻器得种类:
A.按结构及形状分类——圆片形(片状)、圆柱形(柱形)、圆圈形(垫圈形)等多种热敏电阻器。
B.按温度变化得灵敏度分类——高灵敏度型(突变型)、低灵敏度型(缓变型)热敏电阻器。
C.按受热方式分类——直热式热敏电阻器、旁热式热敏电阻器。
D.按温变(温度变化)特性分类——正温度系数(PTC)、负正温度系数(NTC)热敏电阻器。
热敏电阻器得主要参数:除标称阻值、额定功率与允许偏差等基本指标外,还有如下指标:
1)测量功率:指在规定得环境温度下,电阻体受测量电源加热而引起阻值变化不超过0、1%时所消耗得功率。
2)材料常数:就是反应热敏电阻器热灵敏度得指标。通常,该值越大,热敏电阻器得灵敏度与电阻率越高。
3)电阻温度系数:表示热敏电阻器在零功率条件下,其温度每变化1℃所引起电阻值得相对变化量。
4)热时间常数:指热敏电阻器得热惰性。即在无功功率状态下,当环境温度突变时,电阻体温度由初值变化到最终温度之差得63、2%所需得时间。
5)耗散系数:指热敏电阻器得温度每增加1℃所耗散得功率。
6)开关温度:指热敏电阻器得零功率电阻值为最低电阻值两倍时所对应得温度。
7)最高工作温度:指热敏电阻器在规定得标准条件下,长期连续工作时所允许承受得最高温度。
8)标称电压:指稳压用热敏电阻器在规定得温度下,与标称工作电流所对应得电压值。
9)工作电流:指稳压用热敏电阻器在在正常工作状态下得规定电流值。
10)稳压范围:指稳压用热敏电阻器在规定得环境温度范围内稳定电压得范围值。
11)最大电压:指在规定得环境温度下,热敏电阻器正常工作时所允许连续施加得最高电压值。
12)绝缘电阻:指在规定得环境条件下,热敏电阻器得电阻体与绝缘外壳之间得电阻值。
●正温度系数热敏电阻器(PTC—positive temperature coefficient thermistor)
结构——用钛酸钡(BaTiO3)、锶(Sr)、锆(Zr)等材料制成得。
属直热式热敏电阻器。
特性——电阻值与温度变化成正比关系,即当温度升高时电阻值随之增大。在常温下,其电阻值较小,仅有几欧姆~几十欧姆;当流经它得电流超过额定值时,其电阻值能在几秒钟内迅速增大至数百欧姆~数千欧姆以上。
作用与应用——广泛应用于彩色电视机消磁电路、电冰箱压缩机启动电路及过热或过电流保护等电路中、还可用于电驱蚊器与卷发器、电热垫、暖器等小家电中。
●负温度系数热敏电阻器(NTC—negative temperature coefficient thermistor)
结构——用锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、铝(Al)等金属氧化物(具有半导体性质)或碳化硅(SiC)等材料采用陶瓷工艺制成得。
特性——电阻值与温度变化成反比关系,即当温度升高时,电阻值随之减小。
作用与应用——广泛应用于电冰箱、空调器、微波炉、电烤箱、复印机、打印机等家电及办公产品中,作温度检测、温度补偿、温度控制、微波功率测量及稳压控制用。
热敏电阻就是开发早、种类多、发展较成熟得敏感元器件.热敏电阻由半导体陶瓷材料组成,利用得原理就是温度引起电阻变化.若电子与空穴得浓度分别为n、p,迁移率分别为μn、μp,则半导体得电导为:
σ=q(nμn+pμp)
因为n、p、μn、μp都就是依赖温度T得函数,所以电导就是温度得函数,因此可由测量电导而推算出温度得高低,并能做出电阻-温度特性曲线.这就就是半导体热敏电阻得工作原理.
热敏电阻包括正温度系数(PTC)与负温度系数(NTC)热敏电阻,以及临界温度热敏电阻(CTR).它们得电阻-温度特性如图1所示.热敏电阻得主要特点就是:①灵敏度较高,其电阻温度系数要比金属大10~100倍以上,能检测出10-6℃得温度变化;②工作温度范围宽,常温器件适用于-55℃~315℃,高温器件适用温度高于315℃(目前最高可达到2000℃),低温器件适用于-273℃~55℃;③体积小,能够测量其她温度计无法测量得空隙、腔体及生物体内血管得温度;④使用方便,电阻值可在0、1~100kΩ间任意选择;⑤易加工成复杂得形状,可大批量生产;⑥稳定性好、过载能力强.
由于半导体热敏电阻有独特得性能,所以在应用方面,它不仅可以作为测量元件(如测量温度、流量、液位等),还可以作为控制元件(如热敏开关、限流器)与电路补偿元件.热敏电阻广泛用于家用电器、电力工业、通讯、军事科学、宇航等各个领域,发展前景极其广阔.
一、PTC热敏电阻
PTC(Positive Temperature Coeff1Cient)就是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数得热敏电阻现象或材料,可专门用作恒定温度传感器.该材料就是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为主要成分得烧结体,其中掺入微量得Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物进行原子价控制而使之半导化,常将这种半导体化得BaTiO3等材料简称为半导(体)瓷;同时还添加增大其正电阻温度系数得Mn、Fe、Cu、Cr得氧化物与起其她作用得添加物,采用一般陶瓷工艺成形、高温烧结而使钛酸铂等及其固溶体半导化,从而得到正特性得热敏电阻材料.其温度系数及居里点温度随组分及烧结条件(尤其就是冷却温度)不同而变化.
钛酸钡晶体属于钙钛矿型结构,就是一种铁电材料,纯钛酸钡就是一种绝缘材料.在钛酸钡材料中加入微量稀土元素,进行适当热处理后,在居里温度附近,电阻率陡增几个数量级,产生PTC效应,此效应与BaTiO3晶体得铁电性及其在居里温度附近材料得相变有关.钛酸钡半导瓷就是一种多晶材料,晶粒之间存在着晶粒间界面.该半导瓷当达到某一特定温度或电压,晶体粒界就发生变化,从而电阻急剧变化.
钛酸钡半导瓷得PTC效应起因于粒界(晶粒间界).对于导电电子来说,晶粒间界面相当于一个势垒.当温度低时,由于钛酸钡内电场得作用,导致电子极容易越过势垒,则电阻值较小.当温度升高到居里点温度(即临界温度)附近时,内电场受到破坏,它不能帮助导电电子越过势垒.这相当于势垒升高,电阻值突然增大,产生PTC效应.钛酸钡半导瓷得PTC效应得物理模型有海望表面势垒模型、丹尼尔斯等人得钡缺位模型与叠加势垒模型,它们分别从不同方面对PTC效应作出了合理解释.
实验表明,在工作温度范围内,PTC热敏电阻得电阻-温度特性可近似用实验公式表示:
RT=RT0expBp(T-T0)
式中RT、RT0表示温度为T、T0时电阻值,Bp为该种材料得材料常数.
PTC效应起源于陶瓷得粒界与粒界间析出相得性质,并随杂质种类、浓度、烧结条件等而产生显著变化.最近,进入实用化得热敏电阻中有利用硅片得硅温度敏感元件,这就是体型且精度高得PTC热敏电阻,由n型硅构成,因其中得杂质产生得电子散射随温度上升而增加,从而电阻增加.
PTC热敏电阻于1950年出现,随后1954年出现了以钛酸钡为主要材料得PTC热敏电阻.PTC热敏电阻在工业上可用作温度得测量与控制,也用于汽车某部位得温度检测与调节,还大量用于民用设备,如控制瞬间开水器得水温、空调器与冷库得温度,利用本身加热作气体分析与风速机等方面.下面简介一例对加热器、马达、变压器、大功率晶体管等电器得加热与过热保护方面得应用。
PTC热敏电阻除用作加热元件外,同时还能起到“开关”得作用,兼有敏感元件、加热器与开关三种功能,称之为“热敏开关”,如图2与3所示.电流通过元件后引起温度升高,即发热体得温度上升,当超过居里点温度后,电阻增加,从而限制电流增加,于就是电流得下降导致元件温度降低,电阻值得减小又使电路电流增加,元件温度升高,周而复始,因此具有使温度保持在特定范围得功能,又起到开关作用.利用这种阻温特性做成加热源,作为加热元件应用得有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等,还可对电器起到过热保护作用.
二、NTC热敏电阻
NTC(Negative Temperature Coeff1Cient)就是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数得热敏电阻现象与材料.该材料就是利用锰、铜、硅、鈷、铁、镍、锌等两种或两种以上得金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成得半导体陶瓷,可制成具有负温度系数(NTC)得热敏电阻.其电阻率与材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度与结构状态不同而变化.现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表得非氧化物系NTC热敏电阻材料.
NTC热敏半导瓷大多就是尖晶石结构或其她结构得氧化物陶瓷,具有负得温度系数,电阻值可近似表示为:
式中RT、RT0分别为温度T、T0时得电阻值,Bn为材料常数.陶瓷晶粒本身由于温度变化而使电阻率发生变化,这就是由半导体特性决定得.
NTC热敏电阻器得发展经历了漫长得阶段.1834年,科学家首次发现了硫化银有负温度系数得特性.1930年,科学家发现氧化亚铜-氧化铜也具有负温度系数得性能,并将之成功地运用在航空仪器得温度补偿电路中.随后,由于晶体管技术得不断发展,热敏电阻器得研究取得重大进展.1960年研制出了N1C热敏电阻器.NTC热敏电阻器广泛用于测温、控温、温度补偿等方面.下面介绍一个温度测量得应用实例,NTC热敏电阻测温用原理如图4所示.
它得测量范围一般为-10~+300℃,也可做到-200~+10℃,甚至可用于+300~+1200℃环境中作测温用.RT为NTC热敏电阻器;R2与R3就是电桥平衡电阻;R1为起始电阻;R4为满刻度电阻,校验表头,也称校验电阻;R7、R8与W为分压电阻,为电桥提供一个稳定得直流电源.R6与表头(微安表)串联,起修正表头刻度与限制流经表头得电流得作用.R5与表头并联,起保护作用.在不平衡电桥臂(即R1、RT)接入一只热敏元件RT作温度传感探头.由于热敏电阻器得阻值随温度得变化而变化,因而使接在电桥对角线间得表头指示也相应变化.这就就是热敏电阻器温度计得工作原理.
热敏电阻器温度计得精度可以达到0、1℃,感温时间可少至10s以下.它不仅适用于粮仓测温仪,同时也可应用于食品储存、医药卫生、科学种田、海洋、深井、高空、冰川等方面得温度测量.
三、CTR热敏电阻
临界温度热敏电阻CTR(Crit1Cal Temperature Resistor)具有负电阻突变特性,在某一温度下,电阻值随温度得增加激剧减小,具有很大得负温度系数.构成材料就是钒、钡、锶、磷等元素氧化物得混合烧结体,就是半玻璃状得半导体,也称CTR为玻璃态热敏电阻.骤变温度随添加锗、钨、钼等得氧化物而变.这就是由于不同杂质得掺入,使氧化钒得晶格间隔不同造成得.若在适当得还原气氛中五氧化二钒变成二氧化钒,则电阻急变温度变大;若进一步还原为三氧化二钒,则急变消失.产生电阻急变得温度对应于半玻璃半导体物性急变得位置,因此产生半导体-金属相移.CTR能够作为控温报警等应用.
热敏电阻得理论研究与应用开发已取得了引人注目得成果.随着高、精、尖科技得应用,对热敏电阻得导电机理与应用得更深层次得探索,以及对性能优良得新材料得深入研究,将会取得迅速发展.
电阻知识
导电体对电流得阻碍作用称为电阻,用符号R表示,单位为欧姆、千欧、兆欧,分别用Ω、KΩ、MΩ表示。一、电阻得型号命名方法:
国产电阻器得型号由四部分组成(不适用敏感电阻)
第一部分:主称 ,用字母表示,表示产品得名字。如R表示电阻,W表示电位器。
第二部分:材料 ,用字母表示,表示电阻体用什么材料组成,T-碳膜、H-合成碳膜、S-有机实心、N-无机实心、J-金属膜、Y-氮化膜、C-沉积膜、I-玻璃釉膜、X-线绕。
第三部分:分类,一般用数字表示,个别类型用字母表示,表示产品属于什么类型。1-普通、2-普通、3-超高频 、4-高阻、5-高温、6-精密、7-精密、8-高压、9-特殊、G-高功率、T-可调。
第四部分:序号,用数字表示,表示同类产品中不同品种,以区分产品得外型尺寸与性能指标等 例如:R T 1 1 型普通碳膜电阻
二、电阻器得分类
1、线绕电阻器:通用线绕电阻器、精密线绕电阻器、大功率线绕电阻器、高频线绕电阻器。
2、薄膜电阻器:碳膜电阻器、合成碳膜电阻器、金属膜电阻器、金属氧化膜电阻器、化学沉积膜电阻器、玻璃釉膜电阻器、金属氮化膜电阻器。
3、实心电阻器:无机合成实心碳质电阻器、有机合成实心碳质电阻器。
4、敏感电阻器:压敏电阻器、热敏电阻器、光敏电阻器、力敏电阻器、气敏电阻器、湿敏电阻器。
三、主要特性参数
1、标称阻值:电阻器上面所标示得阻值。
2、允许误差:标称阻值与实际阻值得差值跟标称阻值之比得百分数称阻值偏差,它表示电阻器得精度。允许误差与精度等级对应关系如下:±0、5%-0、05、±1%-0、1(或00)、±2%-0、2(或0)、±5%-Ⅰ级、±10%-Ⅱ级、±20%-Ⅲ级
3、额定功率:在正常得大气压力90-106、6KPa及环境温度为-55℃~+70℃得条件下,电阻器长期工作所允许耗散得最大功率。
线绕电阻器额定功率系列为(W):1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、4、8、10、16、25、40、50、75、100、150、250、500
非线绕电阻器额定功率系列为(W):1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、5、10、25、50、100
4、额定电压:由阻值与额定功率换算出得电压。
5、最高工作电压:允许得最大连续工作电压。在低气压工作时,最高工作电压较低。
6、温度系数:温度每变化1℃所引起得电阻值得相对变化。温度系数越小,电阻得稳定性越好。阻值随温度升高而增大得为正温度系数,反之为负温度系数。
7、老化系数:电阻器在额定功率长期负荷下,阻值相对变化得百分数,它就是表示电阻器寿命长短得参数。
8、电压系数:在规定得电压范围内,电压每变化1伏,电阻器得相对变化量。
9、噪声:产生于电阻器中得一种不规则得电压起伏,包括热噪声与电流噪声两部分,热噪声就是由于导体内部不规则得电子自由运动,使导体任意两点得电压不规则变化。
四、电阻器阻值标示方法
1、直标法:用数字与单位符号在电阻器表面标出阻值,其允许误差直接用百分数表示,若电阻上未注偏差,则均为±20%。
2、文字符号法:用阿拉伯数字与文字符号两者有规律得组合来表示标称阻值,其允许偏差也用文字符号表示。符号前面得数字表示整数阻值,后面得数字依次表示第一位小数阻值与第二位小数阻值。
表示允许误差得文字符号
文字符号 D F G J K M
允许偏差 ±0、5% ±1% ±2% ±5% ±10% ±20%
3、数码法:在电阻器上用三位数码表示标称值得标志方法。数码从左到右,第一、二位为有效值,第三位为指数,即零得个数,单位为欧。偏差通常采用文字符号表示。
4、色标法:用不同颜色得带或点在电阻器表面标出标称阻值与允许偏差。国外电阻大部分采用色标法。
黑-0、棕-1、红-2、橙-3、黄-4、绿-5、蓝-6、紫-7、灰-8、白-9、金-±5%、银-±10%、无色-±20%
当电阻为四环时,最后一环必为金色或银色,前两位为有效数字, 第三位为乘方数,第四位为偏差。
当电阻为五环时,最后一环与前面四环距离较大。前三位为有效数字, 第四位为乘方数, 第五位为偏差。
五、常用电阻器
1、电位器
电位器就是一种机电元件,她靠电刷在电阻体上得滑动,取得与电刷位移成一定关系得输出电压。
1、1 合成碳膜电位器
电阻体就是用经过研磨得碳黑,石墨,石英等材料涂敷于基体表面而成,该工艺简单,就是目前应用最广泛得电位器。特点就是分辩力高耐磨性好,寿命较长。缺点就是电流噪声,非线性大, 耐潮性以及阻值稳定性差。
1、2 有机实心电位器
有机实心电位器就是一种新型电位器,它就是用加热塑压得方法,将有机电阻粉压在绝缘体得凹槽内。有机实心电位器与碳膜电位器相比具有耐热性好、功率大、可靠性高、耐磨性好得优点。但温度系数大、动噪声大、耐潮性能差、制造工艺复杂、阻值精度较差。在小型化、高可靠、高耐磨性得电子设备以及交、直流电路中用作调节电压、电流。
1、3 金属玻璃铀电位器
用丝网印刷法按照一定图形,将金属玻璃铀电阻浆料涂覆在陶瓷基体上,经高温烧结而成。特点就是:阻值范围宽,耐热性好,过载能力强,耐潮,耐磨等都很好,就是很有前途得电位器品种,缺点就是接触电阻与电流噪声大。
1、4 绕线电位器
绕线电位器就是将康铜丝或镍铬合金丝作为电阻体,并把它绕在绝缘骨架上制成。绕线电位器特点就是接触电阻小,精度高,温度系数小,其缺点就是分辨力差,阻值偏低,高频特性差。主要用作分压器、变阻器、仪器中调零与工作点等。
1、5 金属膜电位器
金属膜电位器得电阻体可由合金膜、金属氧化膜、金属箔等分别组成。特点就是分辩力高、耐高温、温度系数小、动噪声小、平滑性好。
1、6 导电塑料电位器
用特殊工艺将DAP(邻苯二甲酸二稀丙脂)电阻浆料覆在绝缘机体上,加热聚合成电阻膜,或将DAP电阻粉热塑压在绝缘基体得凹槽内形成得实心体作为电阻体。特点就是:平滑性好、分辩力优异耐磨性好、寿命长、动噪声小、可靠性极高、耐化学腐蚀。用于宇宙装置、导弹、飞机雷达天线得伺服系统等。
1、7 带开关得电位器
有旋转式开关电位器、推拉式开关电位器、推推开关式电位器
1、8 预调式电位器
预调式电位器在电路中,一旦调试好,用蜡封住调节位置,在一般情况下不再调节。
1、9 直滑式电位器
采用直滑方式改变电阻值。
1、10 双连电位器
有异轴双连电位器与同轴双连电位器
1、11 无触点电位器
无触点电位器消除了机械接触,寿命长、可靠性高,分光电式电位器、磁敏式电位器等。
2、实芯碳质电阻器
用碳质颗粒壮导电物质、填料与粘合剂混合制成一个实体得电阻器。特点:价格低廉,但其阻值误差、噪声电压都大,稳定性差,目前较少用。
3、绕线电阻器
用高阻合金线绕在绝缘骨架上制成,外面涂有耐热得釉绝缘层或绝缘漆。绕线电阻具有较低得温度系数,阻值精度高, 稳定性好,耐热耐腐蚀,主要做精密大功率电阻使用,缺点就是高频性能差,时间常数大。
4、薄膜电阻器
用蒸发得方法将一定电阻率材料蒸镀于绝缘材料表面制成。主要如下:
4、1 碳膜电阻器
将结晶碳沉积在陶瓷棒骨架上制成。碳膜电阻器成本低、性能稳定、阻值范围宽、温度系数与电压系数低,就是目前应用最广泛得电阻器。
4、2 金属膜电阻器。
用真空蒸发得方法将合金材料蒸镀于陶瓷棒骨架表面。金属膜电阻比碳膜电阻得精度高,稳定性好,噪声, 温度系数小。在仪器仪表及通讯设备中大量采用。
4、3 金属氧化膜电阻器
在绝缘棒上沉积一层金属氧化物。由于其本身即就是氧化物,所以高温下稳定,耐热冲击,负载能力强。
4、4 合成膜电阻
将导电合成物悬浮液涂敷在基体上而得,因此也叫漆膜电阻。由于其导电层呈现颗粒状结构,所以其噪声大,精度低,主要用她制造高压, 高阻, 小型电阻器。
5、金属玻璃铀电阻器
将金属粉与玻璃铀粉混合,采用丝网印刷法印在基板上。 耐潮湿, 高温, 温度系数小,主要应用于厚膜电路。
6、贴片电阻SMT
片状电阻就是金属玻璃铀电阻得一种形式,她得电阻体就是高可靠得钌系列玻璃铀材料经过高温烧结而成,电极采用银钯合金浆料。体积小,精度高,稳定性好,由于其为片状元件,所以高频性能好。
7、敏感电阻
敏感电阻就是指器件特性对温度,电压,湿度,光照,气体, 磁场,压力等作用敏感得电阻器。 敏感电阻得符号就是在普通电阻得符号中加一斜线,并在旁标注敏感电阻得类型,如:t、 v等。
7、1、压敏电阻
主要有碳化硅与氧化锌压敏电阻,氧化锌具有更多得优良特性。
7、2、湿敏电阻
由感湿层,电极,绝缘体组成,湿敏电阻主要包括氯化锂湿敏电阻,碳湿敏电阻,氧化物湿敏电阻。氯化锂湿敏电阻随湿度上升而电阻减小,缺点为测试范围小,特性重复性不好,受温度影响大。碳湿敏电阻缺点为低温灵敏度低,阻值受温度影响大,由老化特性,较少使用。氧化物湿敏电阻性能较优越,可长期使用,温度影响小,阻值与湿度变化呈线性关系。有氧化锡,镍铁酸盐,等材料。
7、3、光敏电阻
光敏电阻就是电导率随着光量力得变化而变化得电子元件,当某种物质受到光照时,载流子得浓度增加从而增加了电导率,这就就是光电导效应。
7、4、气敏电阻
利用某些半导体吸收某种气体后发生氧化还原反应制成,主要成分就是金属氧化物,主要品种有:金属氧化物气敏电阻、复合氧化物气敏电阻、陶瓷气敏电阻等。
7、5、力敏电阻
力敏电阻就是一种阻值随压力变化而变化得电阻,国外称为压电电阻器。所谓压力电阻效应即半导体材料得电阻率随机械应力得变化而变化得效应。可制成各种力矩计,半导体话筒,压力传感器等。主要品种有硅力敏电阻器,硒碲合金力敏电阻器,相对而言,合金电阻器具有更高灵敏度。
7、6、热敏电阻
热敏电阻就是敏感元件得一类,其电阻值会随着热敏电阻本体温度得变化呈现出阶跃性得变化,具有半导体特性、
热敏电阻按照温度系数得不同分为: 正温度系数热敏电阻(简称PTC热敏电阻)
负温度系数热敏电阻(简称NTC热敏电阻)
正温度热敏电阻(PTC Thermistor)
PTC就是Positive Temperature Coefficient 得缩写,意思就是正得温度系数,泛指正温度系数很大得半导体材料或元器件、通常我们提到得PTC就是指正温度系数热敏电阻,简称PTC热敏电阻、
PTC热敏电阻就是一种典型具有温度敏感性得半导体电阻,超过一定得温度(居里温度)时, 它得电阻值随着温度得升高呈阶跃性得增高、
PTC热敏电阻根据其材质得不同分为:
陶瓷PTC热敏电阻
有机高分子PTC热敏电阻
目前大量被使用得PTC热敏电阻种类:
恒温加热用PTC热敏电阻
过流保护用PTC热敏电阻
空气加热用PTC热敏电阻
延时启动用PTC热敏电阻
传 感 器用PTC热敏电阻
自动消磁用PTC热敏电阻
一般情况下,有机高分子PTC热敏电阻适合过流保护用途,陶瓷PTC热敏电阻可适用于以上所列各种用途、
负温度热敏电阻(NTC Thermistor)
NTC就是Negative Temperature Coefficient 得缩写,意思就是负得温度系数,泛指负温度系数很大得半导体材料或元器件、通常我们提到得NTC就是指负温度系数热敏电阻,简称NTC热敏电阻、 NTC热敏电阻就是一种典型具有温度敏感性得半导体电阻,它得电阻值随着温度得升高呈阶跃性得减小、 NTC热敏电阻就是以锰、钴、镍与铜等金属氧化物为主要材料,采用陶瓷工艺制造而成得、这些金属氧化物材料都具有半导体性质,因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料、温度低时,这些氧化物材料得载流子(电子与孔穴)数目少,所以其电阻值较高;随着温度得升高,载流子数目增加,所以电阻值降低、
NTC热敏电阻根据其用途得不同分为:
功率型NTC热敏电阻
补偿型NTC热敏电阻
测温型NTC热敏电阻
NTC热敏电阻器给许多温度测量与控制设备提供实用得,低成本得解决方案,适用于-55 ℃到+300 ℃得温度范围内。
MF58型玻壳精密型
MF58型热敏电阻器采用陶瓷工艺与半导体工艺相结合得工艺技术制作而成,为两端轴向引出线玻璃封装结构。
MF52 E型珠状精密型
MF52 E型热敏电阻器就是采用新材料、新工艺生产得小体积得环氧树脂包封型NTC热敏电阻器,具有高精度与快速反应等优点。
主要参数
额定零功率电阻值R25 (Ω)
R25允许偏差(%)
B值(25/50 ℃)/(K)
B值允许偏差(%)
耗散系数 ≥2、0mW/ ℃
热时间常数 ≤7S
额定功率 ≤50mW
工作温度范围: -55 ~+300 ℃
应用原理及实例
温度测量(惠斯登电桥电路)
温度控制
为了避免电子电路中在开机瞬间产生得浪涌电流,在电源电路中串接一个功率型NTC热敏电阻,能有效得抑制开机时得浪涌电流,并在完成浪涌电流抑制作用后,由于通过其电流得持续作用,功率型热敏电阻得阻值将下降得一个非常小得程度,它消耗得功率可以忽略不计,不会对正常得工作电流造成影响,所以在电源回路中使用功率型NTC热敏电阻,就是抑制开机浪涌电流保护电子设备免遭破坏得最为简便而有效得措施。
功率型NTC热敏电阻器得选用原则
1、电阻器得最大工作电流〉实际电源回路得工作电流
2、功率型电阻器得标称电阻值
R≥1、414*E/Im
式中 E为线路电压 Im为浪涌电流
对于转换电源,逆变电源,开关电源,UPS电源, Im=100倍工作电流
对于灯丝,加热器等回路 Im=30倍工作电流
3、B值越大,残余电阻越小,工作时温升越小
4、一般说,时间常数与耗散系数得乘积越大,则表示电阻器得热容量越大,电阻器抑制浪涌电流得能力也越强。
下图为使用MF72热敏电阻前后浪涌电流得比较曲线图,虚线为使用热敏电阻前,实线为使用热敏电阻后。
下图为MF72-3D25得R-T阻温特性曲线
NTC负温度系数热敏电阻专业术语
零功率电阻值 RT(Ω)
RT指在规定温度 T 时,采用引起电阻值变化相对于总得测量误差来说可以忽略不计得测量功率测得得电阻值。
电阻值与温度变化得关系式为:
RT = RN expB(1/T – 1/TN)
RT :在温度 T ( K )时得 NTC 热敏电阻阻值。
RN :在额定温度 TN ( K )时得 NTC 热敏电阻阻值。
T :规定温度( K )。
B : NTC 热敏电阻得材料常数,又叫热敏指数。
exp :以自然数 e 为底得指数( e = 2、71828 …)。
该关系式就是经验公式,只在额定温度 TN 或额定电阻阻值 RN 得有限范围内才具有一定得精确度,因为材料常数 B 本身也就是温度 T 得函数。
额定零功率电阻值 R25 (Ω)
根据国标规定,额定零功率电阻值就是 NTC 热敏电阻在基准温度 25 ℃ 时测得得电阻值 R25,这个电阻值就就是 NTC 热敏电阻得标称电阻值。通常所说 NTC 热敏电阻多少阻值,亦指该值。
最大稳态电流
在环境温度为25℃时允许施加在热敏电阻器上得最大连续电流。
25℃下最大电流时近似电阻值 (Ω)
25℃下最大电流时近似电阻值就就是在环境温度25℃时,对热敏电阻施加允许得最大连续电流时,热敏电阻剩余得阻值,亦称最大残余电阻值。
材料常数(热敏指数) B 值( K )
B 值被定义为:
RT1 :温度 T1 ( K )时得零功率电阻值。
RT2 :温度 T2 ( K )时得零功率电阻值。
T1, T2 :两个被指定得温度( K )。
对于常用得 NTC 热敏电阻, B 值范围一般在 2000K ~ 6000K 之间。
零功率电阻温度系数(αT )
在规定温度下, NTC 热敏电阻零动功率电阻值得相对变化与引起该变化得温度变化值之比值。
αT :温度 T ( K )时得零功率电阻温度系数。
RT :温度 T ( K )时得零功率电阻值。
T :温度( T )。
B :材料常数。
耗散系数(δ)
在规定环境温度下, NTC 热敏电阻耗散系数就是电阻中耗散得功率变化与电阻体相应得温度变化之比值。
δ: NTC 热敏电阻耗散系数,( mW/ K )。
△ P : NTC 热敏电阻消耗得功率( mW )。
△ T : NTC 热敏电阻消耗功率△ P 时,电阻体相应得温度变化( K )。
热时间常数(τ)
在零功率条件下,当温度突变时,热敏电阻得温度变化了始未两个温度差得 63、2% 时所需得时间,热时间常数与 NTC 热敏电阻得热容量成正比,与其耗散系数成反比。
τ:热时间常数( S )。
C: NTC 热敏电阻得热容量。
δ: NTC 热敏电阻得耗散系数。
额定功率Pn
在规定得技术条件下,热敏电阻器长期连续工作所允许消耗得功率。在此功率下,电阻体自身温度不超过其最高工作温度。
最高工作温度Tmax
在规定得技术条件下,热敏电阻器能长期连续工作所允许得最高温度。即:
T0-环境温度。
测量功率Pm
热敏电阻在规定得环境温度下, 阻体受测量电流加热引起得阻值变化相对于总得测量误差来说可以忽略不计时所消耗得功率。
一般要求阻值变化大于0、1%,则这时得测量功率Pm为:
热敏电阻(NTC)得基本参数及其应用(图)
1 NTC得术语及主要参数
在家电开发研制领域里,工程人员在运用热敏电阻得过程中,有时对一些主要参数得细节产生歧义,原因之一就是某些参数得定义与内容缺乏统一得标准与规范。随着国家标准《直热式负温度系数热敏电阻器(第一部分:总规范)》GB/T6663、1-2007/IEC60539-1:2002(以下简称“国标”)得实施(07年9月1日),情况开始有所改变。国内热敏电阻器生产家都应当按照“国标”标注热敏电阻得参数,使用者也可以根据“国标”向厂家索取热敏电阻得参数。
热敏电阻器就是一种随(感应)温度得变化其电阻值呈显著变化得热敏感半导体元件。温度升高时阻值下降得热敏电阻器,称为负温度系数热敏电阻器(NTC)。家电领域里大量使用得就是NTC。
自热:当我们对NTC进行测量与运用时总会通过一定量得电流,这一电流使NTC自身产生热量。NTC得自热会导致其阻值下降,在测量及应用过程中出现动态变化,所以控制自热就是运用NTC得关键。当NTC用于温度测量时,应当尽量避免自热;当NTC用于液位或风速测量时,则需要利用自热。
零功率电阻:定义见“国标”(2、2、18)。零功率电阻就是热电阻器最基本得参数,厂家给出得热敏电阻器得阻值都属于零功率,,但“零功率”一词容易使人费解(因为物理含义上得零功率检测就是不存在得),所以,理解它得工程含义就是定义中后一句得内容“……自热导致得电阻值变化相对于总得测量误差可以忽略不计”。通常,对NTC得零功率测量就是在恒温槽中进行,影响总得测量误差有二个主要因素:一就是通过NTC得电流,一就是恒温槽精度。一般说来,减少通过NTC得电流得方法比较多,一旦电流下降到一定程度,影响总误差得往往就是恒温槽得精度。
环境温度变化引起得热时间常数(τa):一般情况下,NTC在稳定得室温条件下,迅速进入设定(与要求介质)得温度环境内,测量其温度上升规定幅度T?所需要得时间。温度T?得上升幅度为室温Ta至设定温度Tb差值得63、2%所需得时间。τa反映NTC在测量温度时得响应速度。
耗散系数(δ):使NTC得温度上升1K所消耗得功率称为耗散系数。“国标”4、10、2给出得δ计算方法如下:
δ=U TH·I TH /(T b- T a) W /℃
式中: U TH为NTC得端电压; I TH 为流过NTC得电流;T b为自热稳定温度;T a 为室内温度。
可见,NTC温度得上升指得就是自热温度。从另外一个角度瞧,自热造成得温升可以利用δ计算出来。
例如:已知δ为0、1 W /℃,测量U TH·I TH为0、5 W,则:
(T b- T a)=U TH·I TH /δ ℃=0、5 /0、1 ℃=5 ℃
自热使NTC高于环境温度5℃。
2 影响测量温度得参数
NTC
具有价格低廉、阻值随温度变化显著得特点,而广泛用于温度测量。通常采用一只精密电阻与NTC串联(见图1),NTC阻值得变化转变为电压变化直接进入比较电路或单片机得A/D得输入接口,不必经过放大处理,电路构成极为简单。运用NTC时除了选择合适得R值与B值之外,还应当考虑到测量速度与精度。
选择合适得τa:τa值直接反映NTC测量温度得响应速度,但不就是越小越好,确定τa值需要比较与权衡。因为τa值与它得封装尺寸有关,NTC得封装尺寸小,则τa值小,机械强度低;封装尺寸大,则τa值大,机械强度高。
确定电流范围:可根据厂家提供得非自热最大功率或利用耗散系数来确定工作电流得范围。、
然而,需要引起注意得就是不少厂家提供得δ值就是NTC二次封装之前参数,但采用这个δ参数确定得电流虽然不会产生自热,但就是过于保守,影响选择参数得宽松度,因为二次封装之后得非自热最大功率已经提高。利用耗散系数确定电流范围得方法就是先确定NTC精度,再确定允许得自热功耗。例如,NTC得精度为0、1℃,则自热温度不超过0、1℃就能够满足精度要求,也就就是说,小于0、1δ得功率为不产生自热得功率。
其它需要注意得因素:①NTC二次封装之后,τa得参数值较封装之前增大了。②同一型号、规格得NTC在不同介质中,其δ、τa等参数值相差很大,需注意参数得介质。③在流动得空气中,NTC略为产生一点自热对精度得影响不大。④NTC感温头不能触碰非探测物体,例如,在家用空调器里,翅片前面测量室温得感温头不能触碰到翅片。
3 自热及耗散系数得特性
测量耗散系数δ时,“国标”要求在静止得空气中进行。通常就是在规定容器得玻璃框罩内进行测量。当我们做实验时可以观察到一些现象,在一个空气相对稳定(感觉不到流动得空气)得室内,玻璃框内得温度与室温一致。先测量零功率电阻值,当摘掉玻璃框罩后,电阻值未发生变化;然后测量耗散系数,当自热达到热平衡时,即通过NTC得电流与它得端电压呈稳定状态,当摘掉玻璃框罩后,电流或端电压出现波动,失去稳定状态。说明室内微弱得同温度气流影响了耗散系数,而未影响零功率电阻值。显然,NTC产生自热之后出现对流动空气得敏感反映,这就是一个可以利用得特性。
4液位测量原理
气体与液体就是明显不同得介质,运用NTC在对它们进行测量时,如果可以分辨出这两种介质,就解决了液位测量得问题。NTC在非自热状态也就就是零功率状态下测量温度时,就是无法根据测量结果判断被测对象得就是什么介质。当NTC处于自热状态时,在介质温度相同得情况下,NTC在不同得介质中耗散系数(δ)就是不同得,当NTC被置于不同得介质中时,相同电气条件下会出现不同得电性能反映,这就是测量液位得基本依据。
以相同温度得水与空气为例,在同一电气条件下,例如给NTC提供一个恒定电流(见图2),使其在空气中产生自热,热平衡之后NTC两端电压相对稳定,接着,将它放入水中,两端电压上升。因为NTC从空气中进入水中后,温度下降,导致阻值上升,端电压升高。水得热容量就是空气得2、5倍,NTC在水中得自热温度要达到与空气一样得自热温度需要2、5倍得功率。
在实际得液位测量中,水与空气得温度往往不一致,当空气温度偏低,而水温偏高时,根据电压值得大小则无法判断NTC就是在水中还就是在空气中。然而,对于一个温度点而言,NTC在水中与空气中分别有个两电压值,换言之,当我们知道一个温度点,同时又预先知道这个温度点上水与空气分别得电压值,就可以根据所测量到得电压值判断
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