NTC熱敏電阻原理及應(yīng)用86890教學(xué)提綱

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。NTC熱敏電阻原理及應(yīng)用86890-NTC熱敏電阻原理及應(yīng)用NTC熱敏電阻是指具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。是使用單一高純度材料、具有接近理論密度結(jié)構(gòu)的高性能陶瓷。因此，在實現(xiàn)小型化的同時，還具有電阻值、溫度特性波動小、對各種溫度變化響應(yīng)快的特點，可進(jìn)行高靈敏度、高精度的檢測。NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻工作原理NTC是NegativeTemperatureCoefficient的縮寫,意思是負(fù)的溫度系數(shù),泛指負(fù)溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件，所謂NTC熱敏電阻器就是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。它是以錳、鈷、鎳和銅

2、等金屬氧化物為主要材料，采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，因為在導(dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在10O-1000000歐姆，溫度系數(shù)-2%-6.5%。NTC熱敏電阻器可廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫度補償、抑制浪涌電流等場合。NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻專業(yè)術(shù)語零功率電阻值RT（）RT指在規(guī)定溫度T時，采用引起電阻值變化相對于總的測量誤差來說可以忽略不計的測量功率測得的電阻值。電阻值和溫度變化的關(guān)系式為：RT=RNexp

3、B(1/T1/TN)RT：在溫度T（K）時的NTC熱敏電阻阻值。RN：在額定溫度TN（K）時的NTC熱敏電阻阻值。T：規(guī)定溫度（K）K=273.15+T。K：開爾文溫度B：NTC熱敏電阻的材料常數(shù)，又叫熱敏指數(shù)。exp：以自然數(shù)e為底的指數(shù)（e=2.71828）。該關(guān)系式是經(jīng)驗公式，只在額定溫度TN或額定電阻阻值RN的有限范圍內(nèi)才具有一定的精確度，因為材料常數(shù)B本身也是溫度T的函數(shù)。額定零功率電阻值R25（）根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，額定零功率電阻值是NTC熱敏電阻在基準(zhǔn)溫度25時測得的電阻值R25，這個電阻值就是NTC熱敏電阻的標(biāo)稱電阻值。通常所說NTC熱敏電阻多少阻值，亦指該值。材料常數(shù)（熱敏指數(shù)）B

4、值（K）B值被定義為：RT1：溫度T1（K）時的零功率電阻值。RT2：溫度T2（K）時的零功率電阻值。T1，T2：兩個被指定的溫度（K）。除非特別指出，B值是由25（298.15K）和50(323.15K)的零功率電阻值計算而得到的，B值在工作溫度范圍內(nèi)并不是一個嚴(yán)格的常數(shù)。對于常用的NTC熱敏電阻，B值范圍一般在2000K6000K之間。零功率電阻溫度系數(shù)（T）在規(guī)定溫度下，NTC熱敏電阻零功率電阻值的相對變化與引起該變化的溫度變化值之比值。T：溫度T（K）時的零功率電阻溫度系數(shù)。RT：溫度T（K）時的零功率電阻值。T：溫度（T）。B：材料常數(shù)。耗散系數(shù)（）在規(guī)定環(huán)境溫度下，NTC熱敏電阻耗

5、散系數(shù)是電阻中耗散的功率變化與電阻體相應(yīng)的溫度變化之比值。在工作溫度范圍內(nèi)，隨環(huán)境溫度變化而有所變化。：NTC熱敏電阻耗散系數(shù)，（mW/K）。P：NTC熱敏電阻消耗的功率（mW）。T：NTC熱敏電阻消耗功率P時，電阻體相應(yīng)的溫度變化（K）。熱時間常數(shù)()在零功率條件下，當(dāng)溫度突變時，熱敏電阻的溫度變化了始未兩個溫度差的63.2%時所需的時間，熱時間常數(shù)與NTC熱敏電阻的熱容量C成正比，與其耗散系數(shù)成反比。：熱時間常數(shù)（S）。C：NTC熱敏電阻的熱容量。：NTC熱敏電阻的耗散系數(shù)。最大穩(wěn)態(tài)電流在環(huán)境溫度25時允許施加在熱敏電阻上的最大連續(xù)電流。額定功率Pn在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器長期連續(xù)工

6、作所允許消耗的功率。在此功率下，電阻體自身溫度不超過其最高工作溫度。最高工作溫度Tmax在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器能長期連續(xù)工作所允許的最高溫度。即:T0-環(huán)境溫度。測量功率Pm熱敏電阻在規(guī)定的環(huán)境溫度下，電阻體受測量電流加熱引起的阻值變化相對于總的測量誤差來說可以忽略不計時所消耗的功率。一般要求阻值變化大于0.1%，則這時的測量功率Pm為：電阻溫度特性NTC熱敏電阻的溫度特性可用下式近似表示：式中：RT：溫度T時零功率電阻值。A：與熱敏電阻器材料物理特性及幾何尺寸有關(guān)的系數(shù)。B:B值。T：溫度（k）。更精確的表達(dá)式為：式中：RT：熱敏電阻器在溫度T時的零功率電阻值。T：為絕對溫度值，K；

7、A、B、C、D：為特定的常數(shù)。熱敏電阻器的零功率電阻值與電阻溫度之間的依賴關(guān)系：電阻溫度特性熱敏電阻的電阻溫度特性可近似地用式1表示。(式1)R=RoexpB(I/T-I/To)R:溫度T(K)時的電阻值Ro:溫度T0(K)時的電阻值B:B值*T(K)=t(C)+273.15實際上，熱敏電阻的B值并非是恒定的，其變化大小因材料構(gòu)成而異，最大甚至可達(dá)5K/C。因此在較大的溫度范圍內(nèi)應(yīng)用（式1）時，將與實測值之間存在一定誤差。此處，若將式1中的B值用式2所示的作為溫度的函數(shù)計算時，則可降低與實測值之間的誤差，可認(rèn)為近似相等。(式2)BT=CT2+DT+E上式中，C、D、E為常數(shù)。另外，因生產(chǎn)條件不

8、同造成的B值的波動會引起常數(shù)E發(fā)生變化，但常數(shù)C、D不變。因此，在探討B(tài)值的波動量時，只需考慮常數(shù)E即可。常數(shù)C、D、E的計算常數(shù)C、D、E可由4點的(溫度、電阻值)數(shù)據(jù)(T0,R0).(T1,R1).(T2,R2)and(T3,R3)，通過式36計算。首先由式樣3根據(jù)T0和T1,T2,T3的電阻值求出B1,B2,B3,然后代入以下各式樣。電阻值計算例試根據(jù)電阻溫度特性表，求25C時的電阻值為5(k)，B值偏差為50(K)的熱敏電阻在10C30C的電阻值。步驟(1)根據(jù)電阻溫度特性表，求常數(shù)C、D、E。To=25+273.15T1=10+273.15T2=20+273.15T3=30+273.

9、15(2)代入BT=CT2+DT+E+50，求BT。(3)將數(shù)值代入R=5exp(BTI/T-I/298.15)，求R。T:10+273.1530+273.15電阻溫度特性圖如圖1所示電阻溫度系數(shù)所謂電阻溫度系數(shù)()，是指在任意溫度下溫度變化1C(K)時的零負(fù)載電阻變化率。電阻溫度系數(shù)()與B值的關(guān)系，可將式1微分得到。這里前的負(fù)號()，表示當(dāng)溫度上升時零負(fù)載電阻降低。散熱系數(shù)(JIS-C2570)散熱系數(shù)()是指在熱平衡狀態(tài)下，熱敏電阻元件通過自身發(fā)熱使其溫度上升1C時所需的功率。在熱平衡狀態(tài)下，熱敏電阻的溫度T1、環(huán)境溫度T2及消耗功率P之間關(guān)系如下式所示。產(chǎn)品目錄記載值為下列測定條件下的

10、典型值。(1)25C靜止空氣中。(2)軸向引腳、經(jīng)向引腳型在出廠狀態(tài)下測定。額定功率(JIS-C2570)在額定環(huán)境溫度下，可連續(xù)負(fù)載運行的功率最大值。產(chǎn)品目錄記載值是以25C為額定環(huán)境溫度、由下式計算出的值。額定功率=散熱系數(shù)（最高使用溫度25）最大運行功率最大運行功率=t散熱系數(shù)(3.3)這是使用熱敏電阻進(jìn)行溫度檢測或溫度補償時，自身發(fā)熱產(chǎn)生的溫度上升容許值所對應(yīng)功率。容許溫度上升tC時，最大運行功率可由下式計算。應(yīng)環(huán)境溫度變化的熱響應(yīng)時間常數(shù)(JIS-C2570)指在零負(fù)載狀態(tài)下，當(dāng)熱敏電阻的環(huán)境溫度發(fā)生急劇變化時，熱敏電阻元件產(chǎn)生最初溫度與最終溫度兩者溫度差的63.2%的溫度變化所需的

11、時間。熱敏電阻的環(huán)境溫度從T1變?yōu)門2時，經(jīng)過時間t與熱敏電阻的溫度T之間存在以下關(guān)系。T=(T1-T2)exp(-t/)+T2.(3.1)(T2-T1)1-exp(-t/)+T1.(3.2)常數(shù)稱熱響應(yīng)時間常數(shù)。上式中，若令t=時，則(T-T1)/(T2-T1)=0.632。換言之，如上面的定義所述，熱敏電阻產(chǎn)生初始溫度差63.2%的溫度變化所需的時間即為熱響應(yīng)時間常數(shù)。經(jīng)過時間與熱敏電阻溫度變化率的關(guān)系如下表所示。產(chǎn)品目錄記錄為下列測定條件下的典型值。(1)靜止空氣中環(huán)境溫度從50C至25C變化時，熱敏電阻的溫度變化至34.2C所需時間。(2)軸向引腳、徑向引腳型在出廠狀態(tài)下測定。另外應(yīng)注意，散熱系數(shù)、熱響應(yīng)時間常數(shù)隨環(huán)境溫度、組裝條件而變化。NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻R-T特性B值相同，阻值不同的R-T特性曲線示意圖阻值相同，不同B值的NTC熱敏電阻R-T特性曲線示意圖溫度測量、控制用NTC熱敏電阻器外形結(jié)構(gòu)環(huán)氧封裝系列NTC熱敏電阻玻璃封裝系列NTC熱敏電阻溫度補償用NT