熱敏電阻原理

熱敏電阻(Thermistor,ThermalResistor之縮寫)是一種高溫度系數(shù)的電阻體，熱敏電阻是開發(fā)早、種類多、發(fā)展較成熟的敏感元器件.熱敏電阻由半導體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起電阻變化.若電子和空穴的濃度分別為n、p,遷移率分別為pn、Mp,則半導體的電導為：o=q(npn+ppp)因為n、p、pn、pp都是依賴溫度T的函數(shù)，所以電導是溫度的函數(shù)，因此可由測量電導而推算出溫度的高低，并能做出電阻-溫度特性曲線.這就是半導體熱敏電阻的工作原理.就其電阻系數(shù)之大小而言，乃屬于半導體；而依其電阻值隨溫度變化的情形，主要可將其分為負溫度系數(shù)(NTC,NegativeTemperatureCoefficient)熱敏電阻及正溫度系數(shù)(PTC,PositiveTemperatureCoefficient)熱敏電阻兩種。電阻-溫度特性：NTC(負溫度系數(shù))的電阻值可以隨溫度的上升而下降，由于其溫度系數(shù)非常大，所以可以檢知微小的溫度變化，因此被廣泛應(yīng)用在溫度的量測、電路軟啟動，控制與補償。常規(guī)的熱敏電阻溫度傳感器都是由NTC熱敏電阻制成。PTC(正溫度系數(shù))的電阻值可以隨溫度的上升而增大，由于其溫度系數(shù)非常大，主要用在消磁電路、加熱器、電路保護、電機啟動、暖風機，風速測量，溫度控制與補償。電流-電壓特性：當通入的電流小，幾乎不使元件本身發(fā)熱時，電阻值是一定值。當電流增加，NTC熱敏電阻產(chǎn)生的焦耳熱使元件本身的溫度上升(self-heating)，并與環(huán)境進行熱交換。此電流-電壓特性的典型應(yīng)用為液位感測器，其基本原理是利用NTC熱敏電阻在液體和空氣中的熱散失差異；如前所述，NTC熱敏電阻通以電流后產(chǎn)生焦耳熱而升溫，其熱量傳導至周圍介質(zhì)，平衡溫度將隨介質(zhì)種類而不同。利用此現(xiàn)象可檢知NTC熱敏電阻在液體中或空氣中，以適時啟動警示燈。電流-時間特性：NTC熱敏電阻的另一個重要參數(shù)是時間，亦即使NTC熱敏電阻從某一電阻值改變到另一電阻值所需的時間。當開始加電壓于NTC熱敏電阻時是定電阻、定電流的狀態(tài)，而在自熱區(qū)域(self-heating)則電阻下降、電流增加。而其改變速率則和加于NTC熱敏電阻上的功率和元件本身的ThermalMass、形狀/結(jié)構(gòu)及環(huán)境狀況等因素有關(guān)。此一電流-時間特性可用于抑制突波電流，又不至于對電路的總電流造成太大的影響。因此被廣泛應(yīng)用于OA機器的交換式電源供應(yīng)器中，以抑制電源開啟時，引發(fā)的突波電流，如此可以防止熔絲的熔斷與保護電子線路及其他電子元件，以提高OA機器的可靠度.熱敏電阻的非線性特性：熱敏電阻由于物理結(jié)構(gòu)所造成的，所以非線性較大，因此在使用時要進行線性化處理。線性化處理雖然能夠改善熱敏電阻的特性曲線，但是比較復雜。為此，在要求不高的一般應(yīng)用中，常做出在一定的溫度范圍內(nèi)溫度與阻值成線性關(guān)系的假定，以簡化計算。使用熱敏電阻是為了感知溫度，給熱敏電阻通以恒定的電流，電阻兩端就可測到一個電壓，然后通過公式下面的公式可求得溫度：T=T0K“T為被測溫度；T0為與熱敏電阻特性有關(guān)的溫度參數(shù)；K為與熱敏電阻特性有關(guān)的系數(shù);虛擬化技術(shù),，T為熱敏電阻兩端的電壓。根據(jù)這一公式，如果能測得熱敏電阻兩端的電壓，再知道參數(shù)丁0和K，則可以計算出熱敏電阻的環(huán)境溫度，也就是被測的溫度，這樣就把電阻隨溫度的變化關(guān)系轉(zhuǎn)化為電壓隨溫度變化的關(guān)系了?熱敏電阻的阻值定義：測量一只良好的熱敏電阻，須在環(huán)境溫度25°C下測量，得出的電阻值就是這個熱敏電阻的標稱阻值。NTC熱敏電阻檢測方法發(fā)布者：admin發(fā)布時間：2010-5-1210:31:16(一)測量標稱電阻值Rt用萬用表測量NTC熱敏電阻的方法與測量普通固定電阻的方法相同，即按NTC熱敏電阻的標稱阻值選擇合適的電阻擋可直接測出Rt的實際值。但因NTC熱敏電阻對溫度很敏感，故測試時應(yīng)注意以下幾點：由標稱阻值Rt的定義可知，此值是生產(chǎn)廠家在環(huán)境溫度為25°C時所測得的。所以用萬用表測量Rt時，亦應(yīng)在環(huán)境溫度接近25C時進行，以保證測試的可信度。測量功率不得超過規(guī)定值，以免電流熱效應(yīng)引起測量誤差。例如，MF12-1型NTC熱敏電阻，其額定功率為1W,測量功率P1=0.2mW。假定標稱電阻值Rt為1kQ,則測試電流：顯然使用Rxlk擋比較合適，該擋滿度電流Im通常為幾十至一百幾十微安。例如多用的500型萬用表Rxlk擋的Im=150uA，與141uA很接近。注意正確操作。測試時，不要用于捏住熱敏電阻體，以防止人體溫度對測試產(chǎn)生影響。(二)估測溫度系數(shù)at先在室溫t1下測得電阻值Rt1；再用電烙鐵作熱源，靠近熱敏電阻Rt1，測出電阻值Rt2，同時用溫度計測出此時熱敏電阻RT表面的平均溫度t2。將所測得的結(jié)果輸入下式:a0(Rt2-Rt1)/[Rt1(t2-t1)]NTC熱敏電阻的at<0o注意事項：1、 給熱敏電阻加熱時，宜用20W左右的小功率電烙鐵，且烙鐵頭不要直接去接觸熱敏電阻或靠的太近，以防損壞熱敏電阻。2、 若測得的at〉0,則表明該熱敏電阻不是NTC而是FTCoNTC熱敏電阻的基本特性發(fā)布者：admin發(fā)布時間：2010-5-1210:22:57.電阻一溫度特性熱敏電阻的電阻一溫度特性可近似地用式1表示。(式1)R=R0exp{B(1/T-1/T0)}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但實際上，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。(式引L(式引TnToc_ 隅一Bi）m—Taj—E團一田E—Tjj' （Ti-n）j2-n]（式S）（式S）Bi-fe-C（Ti+W（Ti

D- （式Ei）（式Ei）電阻值計算例試根據(jù)電阻一溫度特性表，求25°C時的電阻值為5(k。),

B值偏差為50(K)的熱敏電阻在10°C?30°C的電阻值。?步驟根據(jù)電阻一溫度特性表，求常數(shù)C、D、E。To=25+273.15T1=10+273.15T2=20+273.15T3=30+273?15代入BT=CT2+DT+E+50,求Bt。將數(shù)值代入R=5exp{(BT1/T-1/298.15)}，求R。*T:10+273.15-30+273.15?電阻一溫度特性圖如圖1所示日值(K)(ZJ2500⑶3000?電阻一溫度特性圖如圖1所示日值(K)(ZJ2500⑶3000350040004500.電阻溫度系數(shù)所謂電阻溫度系數(shù)(a),是指在任意溫度下溫度變化1°C(K)時的零負載電阻變化率。電阻溫度系數(shù)(a)與B值的關(guān)系，可將式1微分得到。x100=這里a前的負號(一)，表示當溫度上升時零負載電阻降低?！錾嵯禂?shù)(JISC2570-1)散熱系數(shù)(0)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1°C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。玄(P-P■R-I■V)產(chǎn)品目錄記載值為下列測定條件下的典型值。25°C靜止空氣中。軸向引腳、經(jīng)向引腳型在出廠狀態(tài)下測定。.最大功率(JISC2570-1)在額定環(huán)境溫度下，可連續(xù)負載運行的功率最大值。個別產(chǎn)品規(guī)格書上可能記載為以往的名稱“額定功率〃。產(chǎn)品目錄記載值是以25°C為額定環(huán)境溫度、由下式計算出的值。（式）額定功率=散熱系數(shù)x（最高使用溫度一25）■容許運行功率這是使用熱敏電阻進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。（JIS中未定義。）容許溫度上升t°C時，最大運行功率可由下式計算。容許運行功率=tx散熱系數(shù).對應(yīng)環(huán)境溫度變化的熱響應(yīng)時間常數(shù)（JISC2570-1）指在零負載狀態(tài)下，當熱敏電阻的環(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/T)+T2(T2-T1){1-exp(-t/T)}+T1常數(shù)T稱熱響應(yīng)時間常數(shù)。上式中，若令t=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。tT-IiTs-TiE41表一1熱響應(yīng)時間常教時間t產(chǎn)品目錄記錄值為下列測定條件下的典型值。靜止空氣中環(huán)境溫度從50°C至25°C變化時，熱敏電阻的溫度變化至34.2°C所需時間。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熱敏電阻使用注意事項請嚴格遵守以下事項，否則可能會造成NTC熱敏電阻損壞、使用設(shè)備損傷或引起誤動作。NTC熱敏電阻是按不同用途分別進行設(shè)計的。若要用于規(guī)定以外的用途時，請就使用環(huán)境條件與本公司聯(lián)系洽談。設(shè)計設(shè)備時，請進行NTC熱敏電阻貼裝評估試驗，確認無異常后再使用。請勿在過高的功率下使用NTC熱敏電阻。由于自身發(fā)熱導致電阻值下降時，可能會引起溫度檢測精度降低、設(shè)備功能故障，故使用時請參考散熱系數(shù)，注意NTC熱敏電阻的外加功率及電壓。請勿在使用溫度范圍以外使用。請勿施加超出使用溫度范圍上下限的急劇溫度變化。將NTC熱敏電阻作為裝置的主控制元件單獨使用時，為防止事故發(fā)生，請務(wù)必采取設(shè)置“安全電路〃、“同時使用具有同等功能的NTC熱敏電阻〃等周全的安全措施。在有噪音的環(huán)境中使用時，請采取設(shè)置保護電路及屏蔽NTC熱敏電阻(包括導線)的措施。在高濕環(huán)境下使用護套型NTC熱敏電阻時，應(yīng)采取僅護套頭部暴露于環(huán)境(水中、濕氣中)、而護套開口部不會直接接觸到水及蒸氣的設(shè)計。請勿施