NTC熱敏電阻工作原理

　　NTC熱敏電阻的工作原理、種類、符號(hào)表示、型號(hào)表示、引線介紹、專業(yè)術(shù)語詳解。

　　選型要求

　　如何在實(shí)際應(yīng)用中確定需要的NTC熱敏電阻類型、應(yīng)用環(huán)境、精度、靈敏度、穩(wěn)定性、線性范圍。

　　實(shí)際應(yīng)用

　　NTC熱敏電阻在紅酒瓶塞讀溫度、智能馬桶、冷卻液溫度傳感器的應(yīng)用。

　　技術(shù)操作

　　如何進(jìn)行簡單的NTC熱敏電阻阻值測試及可靠性測試

　　NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻工作原理

　　NTC是Negative Temperature Coefficient 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?yàn)樵趯?dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時(shí)，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NTC熱敏電阻器廣泛用于測溫、控溫、溫度補(bǔ)償?shù)确矫?

　　NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻構(gòu)成

　　NTC(Negative Temperature Coefficient)是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料.該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進(jìn)行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝而成的半導(dǎo)體陶瓷，可制成具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)的熱敏電阻.其電阻率和材料常數(shù)隨材料成分比例、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化.現(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料.

　　NTC熱敏半導(dǎo)瓷大多是尖晶石結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷，具有負(fù)的溫度系數(shù)，電阻值可近似表示為：

　　式中RT、RT0分別為溫度T、T0時(shí)的電阻值，Bn為材料常數(shù).陶瓷晶粒本身由于溫度變化而使電阻率發(fā)生變化，這是由半導(dǎo)體特性決定的.

　　NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏最重要的性能是壽命

　　長壽命NTC熱敏電阻，是對NTC熱敏電阻認(rèn)識(shí)的提升，強(qiáng)調(diào)電阻壽命的重要性。NTC熱敏電阻最重要的是壽命，在經(jīng)得起各種高精度、高靈敏度、高可靠、超高溫、高壓力考驗(yàn)后，它仍很長時(shí)間穩(wěn)定工作。

　　壽命是NTC熱敏電阻的一個(gè)重要性能，與精度、靈敏度等其他參數(shù)存在辯證關(guān)系。一個(gè)NTC電阻產(chǎn)品，必須首先長壽命，才能保證其他性能的發(fā)揮;而其他性能的優(yōu)秀，依賴到生產(chǎn)工藝達(dá)到一定技術(shù)水平，這讓NTC的長壽命變成可能。

　　很多高科技電子產(chǎn)品，在超高溫、超高壓及其他惡劣條件下，需要熱敏電阻發(fā)揮穩(wěn)定的控溫、測溫功能，多數(shù)廠家一味追求NTC熱敏電阻的精度、靈敏度、漂移值等常規(guī)性能的穩(wěn)定發(fā)揮，忽視了電阻的壽命，導(dǎo)致因NTC無法長時(shí)間工作而影響電子產(chǎn)品的使用。如此一來，所有的精度、靈敏度、耐高溫等等，都變得沒有意義。

　　NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻歷史

　　NTC熱敏電阻器的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的階段.1834年，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了硫化銀有負(fù)溫度系數(shù)的特性.1930年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)氧化亞銅-氧化銅也具有負(fù)溫度系數(shù)的性能，并將之成功地運(yùn)用在航空儀器的溫度補(bǔ)償電路中.隨后，由于晶體管技術(shù)的不斷發(fā)展，熱敏電阻器的研究取得重大進(jìn)展.1960年研制出了NTC熱敏電阻器.

　　NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度范圍

　　它的測量范圍一般為-10～+300℃，也可做到-200～+10℃，甚至可用于+300～+1200℃環(huán)境中作測溫用.

　　負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器溫度計(jì)的精度可以達(dá)到0.1℃，感溫時(shí)間可少至10s以下.它不僅適用于糧倉測溫儀，同時(shí)也可應(yīng)用于食品儲(chǔ)存、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學(xué)種田、海洋、深井、高空、冰川等方面的溫度測量.

　　說明

　　《NTC熱敏電阻寶典》是行業(yè)內(nèi)第一本專業(yè)的電子書籍，其內(nèi)容包含NTC熱敏電阻所涉及到的各種知識(shí)，是從業(yè)人員必不可少的工具書。具體內(nèi)容如下：

　　專業(yè)術(shù)語

　　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(Ω)

　　RT指在規(guī)定溫度 T 時(shí)，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(jì)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 = RN expB(1/T – 1/TN)

　　RT ： 在溫度 T ( K )時(shí)的 NTC 熱敏電阻阻值。

　　RN ： 在額定溫度 TN ( K )時(shí)的 NTC 熱敏電阻阻值。

　　T ： 規(guī)定溫度( K )。

　　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(yàn)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?yàn)椴牧铣?shù)B 本身也是溫度 T 的函數(shù)。

　　額定零功率電阻值 R25 (Ω)

　　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(shí)測得的電阻值 R25，這個(gè)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 值( K )

　　B 值被定義為：

　　B=T1*T2/(T2-T1)ln(RT1/RT2)

　　RT1 ： 溫度 T1 ( K )時(shí)的零功率電阻值。

　　RT2 ： 溫度 T2 ( K )時(shí)的零功率電阻值。

　　T1、T2 ：兩個(gè)被指定的溫度( K )。

　　對于常用的 NTC 熱敏電阻， B 值范圍一般在 2000K ～ 6000K 之間。

　　零功率電阻溫度系數(shù)(αT )

　　在規(guī)定溫度下， NTC 熱敏電阻零動(dòng)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。

　　αT ： 溫度 T ( K )時(shí)的零功率電阻溫度系數(shù)。

　　RT ： 溫度 T ( K )時(shí)的零功率電阻值。

　　T ： 溫度( T )。

　　B ： 材料常數(shù)。

　　耗散系數(shù)(δ)

　　在規(guī)定環(huán)境溫度下， NTC 熱敏電阻耗散系數(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。

　　δ： 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(shí)，電阻體相應(yīng)的溫度變化( K )。

　　熱時(shí)間常數(shù)(τ)

　　在零功率條件下， 當(dāng)溫度突變時(shí)， 熱敏電阻的溫度變化了始未兩個(gè)溫度差的 63.2% 時(shí)所需的時(shí)間，熱時(shí)間常數(shù)與 NTC 熱敏電阻的熱容量成正比，與其耗散系數(shù)成反比。

　　τ：熱時(shí)間常數(shù)( S )。

　　C： NTC 熱敏電阻的熱容量。

　　δ： NTC 熱敏電阻的耗散系數(shù)。

　　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，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(jì)時(shí)所消耗的功率。

　　一般要求阻值變化大于0.1%，則這時(shí)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(shí)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(shí)的零功率電阻值。

　　T：為絕對溫度值，K;

　　A、B、C、D：為特定的常數(shù)。

　　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

　　相同阻值，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

　　應(yīng)用電路原理圖

　　溫度測量(惠斯登電橋電路)

　　溫度控制

　　應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　電子溫度計(jì)、電子萬年歷、電子鐘溫度顯示、電子禮品;

　　冷暖設(shè)備、加熱恒溫電器;

　　汽車電子溫度測控電路;

　　溫度傳感器、溫度儀表;

　　醫(yī)療電子設(shè)備、電子盥洗設(shè)備;

　　手機(jī)電池及充電電器。