一文解析NTC熱敏電阻的應(yīng)用

NTC熱敏電阻的應(yīng)用

NTC通常是由錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鐵(Fe)等兩種或兩種以上高純度金屬氧化物材料經(jīng)混合、成型、燒結(jié)等工藝制成的接近理論密度(4.8g/cm3)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體電子陶瓷。

NTC熱敏電阻是一種隨著溫度的變化其電阻阻值呈相反趨勢(shì)變化，且變化率極大的半導(dǎo)體電阻器。通常熱敏電阻可用在溫度檢測(cè)、溫度補(bǔ)償、防浪涌等場(chǎng)合。

NTC熱敏電阻的阻值(RT)與熱力學(xué)溫度(T)的典型關(guān)系曲線如下圖所示，可見(jiàn)隨著溫度的升高，RT迅速減小。

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圖1 NTC特性曲線

上述關(guān)系可采用下式的指數(shù)關(guān)系表示:

其中，式中RT0為熱敏電阻在溫度T0(熱力學(xué)溫度)下的阻值，B為熱敏指數(shù)，與熱敏電阻的半導(dǎo)體材料和加工工藝有關(guān)。

1. 溫度傳感器及非線性校正

NTC熱敏電阻是一類(lèi)在工業(yè)測(cè)溫領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛的溫度傳感器。與半導(dǎo)體集成溫度傳感器相比，NTC熱敏電阻具有測(cè)溫范圍寬、使用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn);與鉑熱電阻或熱電偶相比，NTC熱敏電阻具有靈敏度高、電路簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的特點(diǎn)。

熱敏電阻的溫度測(cè)量范圍可達(dá)-100℃～500℃，其靈敏度可達(dá)-44000ppm/℃(25℃時(shí))，其實(shí)際使用尺寸十分靈活，可小至0.01英寸或更小的直徑，最大幾乎沒(méi)有限制。額定室溫電阻取決于其半導(dǎo)體材料、大小、形狀以及電極的接觸面積，厚而窄的熱敏電阻具有相對(duì)較高的阻值，而形狀薄而寬的則具有較低的阻值。

由于用作溫度傳感器時(shí)，通常需要較好的線性度。但熱敏電阻的阻值與溫度之間呈指數(shù)關(guān)系變化，在較大溫度范圍內(nèi)，阻值與溫度的關(guān)系具有比較嚴(yán)重的非線性。此時(shí)，進(jìn)行非線性較正會(huì)取得較好的效果。

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圖2 NTC溫度傳感電路

通常采用的NTC熱敏電阻非線性校正的方式是采用一個(gè)溫度系數(shù)較小的固定電阻與NTC熱敏電阻并聯(lián)，這種方法簡(jiǎn)單易用且校正效果較好，它具有將NTC熱敏電阻曲線冷端向下拉的作用。

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圖3 NTC熱敏電阻非線性校正

圖3表示熱敏電阻本身的溫度特性曲線及并聯(lián)電阻進(jìn)行校正后的溫度特性曲線。兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)，較低電阻值的作用更大，在冷端(接近T1)熱敏電阻值阻值較高，并聯(lián)固定電阻起主要作用，熱敏電阻自身較陡峭的阻值變化(大溫度系數(shù))由于固定電阻的作用而變得相對(duì)平坦;而熱端(接近T4)，熱敏電阻相對(duì)于固定電阻阻值較低，因此熱敏電阻的阻值變化作用明顯。對(duì)于并聯(lián)校正采用的固定電阻阻值可采用下式確定:

式中RT1為測(cè)溫范圍內(nèi)最低溫度時(shí)熱敏電阻的阻值，RT3為溫度范圍內(nèi)最高溫度時(shí)的阻值，而RT2為溫度范圍內(nèi)的中間點(diǎn)時(shí)熱敏電阻阻值。

2. 防浪涌保護(hù)

NTC熱敏電阻的另一個(gè)非常廣泛的用途就是電源的防浪涌電流保護(hù)，示意圖如下圖所示。

圖4 ?NTC防浪涌電流保護(hù)

由于在整流濾波電路中，為了避免電子電路開(kāi)機(jī)瞬間由于容性負(fù)載充電而產(chǎn)生的瞬間浪涌電流，通常在電源電路中串接一個(gè)功率型的NTC熱敏電阻。這樣能夠有效的抵制開(kāi)機(jī)時(shí)的浪涌電流，并且在完成抵制浪涌電流作用后，由于通過(guò)電流的持續(xù)作用，NTC熱敏電阻的阻值將下降到非常小的值，消耗功率很小可以忽略，不會(huì)對(duì)電路的正常工作造成影響。

所以在中小功率電源電路中，采用功率型NTC熱敏電阻器抵制開(kāi)機(jī)浪涌電流的方法得到廣泛應(yīng)用。

功率型熱敏電阻的主要參數(shù)有：最大穩(wěn)態(tài)電流、R25阻值、耗散系數(shù)、B值等。

最大穩(wěn)態(tài)電流：是指熱敏電阻在25℃環(huán)境溫度下允許施加在熱敏電阻上的最大持續(xù)電流值。這個(gè)值必須高于實(shí)際電路中熱敏電阻工作電流值。

R25阻值：是指熱敏電阻的設(shè)計(jì)阻值，即25℃下的零功率電阻值(通常阻值精度在20%左右)。這個(gè)值可以表示熱敏電阻的在啟機(jī)瞬間的限流能力。

B值：是熱敏系數(shù)，為兩個(gè)溫度下零功率電阻值的自然對(duì)數(shù)之差與這兩個(gè)溫度的倒數(shù)之差的比值，熱敏電阻溫度特性公式如下:

B值越大，殘留電阻越小，工作溫升也就越小。

耗散系數(shù):是指在規(guī)定環(huán)境溫度下，器件本身耗散功率變化與相應(yīng)溫度變化的比值。

熱時(shí)間常數(shù):在零功率狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度突變時(shí)，電阻體溫度由起始溫度變化到最終溫度的63.2%時(shí)所需的時(shí)間。

一般熱時(shí)間常數(shù)與耗散系數(shù)乘積越大，熱敏電阻的熱容量越大，抵制浪涌電流的能力也就越強(qiáng)。工作溫升也就越小。

通過(guò)以上可以知道，NTC熱敏電阻的阻值對(duì)溫度非常敏感，可靈活應(yīng)用NTC熱敏電阻的特性到實(shí)踐中去。為了防浪涌電流對(duì)電路的沖擊時(shí)，可以選擇功率型NTC熱敏電阻，為了作溫度補(bǔ)償或者溫度偵測(cè)時(shí)，可以選擇感溫型NTC熱敏電阻。

編輯：黃飛

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