深度了解常用元器件系列—NTC热敏电阻

日期: 2025-09-17 08:06:47|浏览: 2|编号: 134236

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NTC热敏电阻简介

NTC热敏电阻是一种以锰、镍、铜等元素合成的氧化物压制成型材料。NTC热敏电阻是一种对温度反应呈现显著反向特性的半导体元件,其电阻值随温度波动而剧烈调整。这种元件常用于测量温度、稳定电路工作环境、保护设备免受电压冲击等应用场景。

NTC热敏电阻的阻值,即RT,和热力学温度T之间,通常有这样的曲线,展示出来的是,温度T一上去,RT就很快地降下来。

上述关系可采用下式的指数关系表示。

其中,RT0代表热敏电阻在温度T0,即热力学温度条件下的电阻大小,B值是热敏指数,这个数值的大小跟热敏电阻所用的半导体材料以及它的制作工艺紧密关联。

1. 温度传感器及非线性校正

NTC热敏电阻属于温度感应元件,在工业领域测量温度时非常普遍。这种传感器同半导体温度芯片相比,优势在于测量范围广,操作简便,成本较低;同铂电阻或热电偶相比,它的优点是反应灵敏,线路设计简单,且价格便宜。

热敏电阻能够测量从零下百摄氏度到五百摄氏度的温度区间,其反应速度很快,在二十五摄氏度环境下,每摄氏度温度变化引起的电阻值变化幅度很大,这种元件的物理尺寸选择非常自由,可以做到非常细小,比如直径小到百分之一英寸,甚至更小,而尺寸上限则几乎没有,它的标定电阻值在常温下受半导体成分、体积、外形以及电极接触范围的影响,较厚的窄条形热敏电阻通常电阻值较高,相比之下,较薄的宽条形热敏电阻则电阻值较低。

温度传感器一般要求线性度较高,然而热敏电阻的阻值随温度变化呈指数型关联,在较宽的温度区间内,阻值和温度的关联性表现出显著的非线性特征,因此实施非线性校正会有显著成效。

一般会使用一个阻值变化不大的电阻和NTC热敏电阻进行并联处理,这种办法既方便操作,又能获得理想的校准结果,能够使NTC热敏电阻的特性曲线整体向低温区域偏移。

图中展示了热敏电阻固有的温度响应曲线,同时呈现了接入并联电阻实施校准后的温度响应曲线。当两个电阻并联时,阻值较小的那个电阻影响更显著,在冷端,即靠近T1的位置,热敏电阻的阻值较高,并联的固定电阻发挥主导作用,热敏电阻自身阻值随温度变化的剧烈程度(即温度系数较大)因此被固定电阻的影响而变得缓和;而在热端,即靠近T4的位置,热敏电阻的阻值相对于固定电阻较低,因此热敏电阻阻值随温度的变化表现得更为突出。

对于并联校正采用的固定电阻阻值可采用下式确定。

公式中RT1代表测温区间里最冷点时热敏电阻的电阻数,RT3表示测温区间里最热点时热敏电阻的电阻数,RT2则指测温区间里一个居中位置时热敏电阻的电阻数。

修正后的热敏电阻温度表现曲线呈现极为平缓的S状形态,该S状形态的中心点与修正温度的中心点大致重合。在修正温度区间内,测量偏差相对轻微,一旦超出量程范围,偏差便会显著增大。为了全面掌握整个温度区间的偏差状况,能够借助Excel或其他数学手段,对不同温度点的修正状况进行细致的推算。

2. 防浪涌保护

NTC热敏电阻还有个十分普遍的用处,那就是为电源提供防浪涌电流的防护,其工作原理的图示见下文。

整流滤波电路里,为防止电子设备启动时因容性负载充电引发瞬时大电流,电源部分常会接入一个功率型NTC热敏电阻。这种设计能够有效阻挡设备启动时的瞬间大电流,并且当抑制瞬间大电流的作用结束后,因为电流的持续影响,NTC热敏电阻的电阻会降低到极低的程度,耗电量微乎其微几乎可以不计,不会干扰电路的正常运行。因此,在中等和小功率的电源系统中,使用功率型NTC热敏电阻来抵御开机瞬间大电流的做法非常普遍。

功率型热敏电阻的重要指标包括:最高持续电流、二十五度时的电阻值、能量耗散参数、材料常数等。

热敏电阻在25度气温时所能承受的最大电流量就是它的最大稳态电流,这个数值一定要比实际电路中热敏电阻运行时的电流强度大。

R25阻值代表热敏电阻的制造规格参数,即温度为25度时零功率状态下的电阻大小,其阻值误差范围大概在二十个百分点左右。这个参数能够说明热敏电阻在设备刚开始通电运作时的电流控制作用。

B值代表温度敏感度,等于两个不同温度下零功率电阻值的对数差,除以这两个温度倒数之差,这可从热敏电阻的温度响应公式中看出。B值越高,剩余电阻就越低,设备运行时的温度变化也越小。

耗散系数表明,在特定环境温度下,器件自身耗散功率的变动幅度,相对于相应温度变动的比例关系。

热时间常数代表零功率状态下,温度骤变时,热敏电阻表面温度从初始值变化到最终值,所经历的时间的百分之六十三点二。

热时间常数和耗散系数相乘的值越高,热敏电阻的热容量就越大,其承受突发电流的能力也越强。

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