熱敏電阻是敏感元件的一類,熱敏電阻典型的特點(diǎn)是對溫度的敏感,那么熱敏電阻的特點(diǎn)是什么呢? 它的工作原理是什么呢?
熱敏電阻器是敏感元件的一類,按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對溫度敏感,不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)在溫度越高時(shí)電阻值越大,負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)在溫度越高時(shí)電阻值越低,它們同屬于半導(dǎo)體器件。
但需要注意的是: 熱敏電阻在進(jìn)出口環(huán)節(jié)不屬于稅目85.41項(xiàng)下的半導(dǎo)體器件。
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(dǎo)體陶瓷材料組成,熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料,大多為負(fù)溫度系數(shù),即阻值隨溫度增加而降低。熱敏電阻主要特點(diǎn)有靈敏度較高;工作溫度范圍寬;體積小;使用方便;易加工成復(fù)雜的形狀,可大批量生產(chǎn);穩(wěn)定性好、過載能力強(qiáng)。
由于半導(dǎo)體熱敏電阻有獨(dú)特的性能,所以在應(yīng)用方面它不僅可以作為測量元件,還可以作為控制元件和電路補(bǔ)償元件。熱敏電阻廣泛用于家用電器、電力工業(yè)、通訊、軍事科學(xué)、宇航等各個(gè)領(lǐng)域,發(fā)展前景極其廣闊。
熱敏電阻的主要特點(diǎn)是:
①靈敏度較高,其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10~100倍以上,能檢測出10-6℃的溫度變化;
②工作溫度范圍寬,常溫器件適用于-55℃~315℃,高溫器件適用溫度高于315℃(目前最高可達(dá)到2000℃),低溫器件適用于-273℃~-55℃;
③體積小,能夠測量其他溫度計(jì)無法測量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度;
④使用方便,電阻值可在0.1~100kΩ間任意選擇;
⑤易加工成復(fù)雜的形狀,可大批量生產(chǎn);
⑥穩(wěn)定性好、過載能力強(qiáng)。
工作原理
熱敏電阻將長期處于不動(dòng)作狀態(tài);當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于c區(qū)時(shí),熱敏電阻的散熱功率與發(fā)熱功率接近,因而可能動(dòng)作也可能不動(dòng)作。熱敏電阻在環(huán)境溫度相同時(shí),動(dòng)作時(shí)間隨著電流的增加而急劇縮短;熱敏電阻在環(huán)境溫度相對較高時(shí)具有更短的動(dòng)作時(shí)間和較小的維持電流及動(dòng)作電流。
1、ptc效應(yīng)是一種材料具有ptc(positive temperature coefficient)效應(yīng),即正溫度系數(shù)效應(yīng),僅指此材料的電阻會(huì)隨溫度的升高而增加。如大多數(shù)金屬材料都具有ptc效應(yīng)。在這些材料中,ptc效應(yīng)表現(xiàn)為電阻隨溫度增加而線性增加,這就是通常所說的線性ptc效應(yīng)。
2、非線性ptc效應(yīng) 經(jīng)過相變的材料會(huì)呈現(xiàn)出電阻沿狹窄溫度范圍內(nèi)急劇增加幾個(gè)至十幾個(gè)數(shù)量級(jí)的現(xiàn)象,即非線性ptc效應(yīng),相當(dāng)多種類型的導(dǎo)電聚合體會(huì)呈現(xiàn)出這種效應(yīng),如高分子ptc熱敏電阻。這些導(dǎo)電聚合體對于制造過電流保護(hù)裝置來說非常有用。
3、高分子ptc熱敏電阻用于過流保護(hù) 高分子ptc熱敏電阻又經(jīng)常被人們稱為自恢復(fù)保險(xiǎn)絲(下面簡稱為熱敏電阻),由于具有獨(dú)特的正溫度系數(shù)電阻特性,因而極為適合用作過流保護(hù)器件。熱敏電阻的使用方法象普通保險(xiǎn)絲一樣,是串聯(lián)在電路中使用。
當(dāng)電路正常工作時(shí),熱敏電阻溫度與室溫相近、電阻很小,串聯(lián)在電路中不會(huì)阻礙電流通過;而當(dāng)電路因故障而出現(xiàn)過電流時(shí),熱敏電阻由于發(fā)熱功率增加導(dǎo)致溫度上升,當(dāng)溫度超過開關(guān)溫度(ts,見圖1)時(shí),電阻瞬間會(huì)劇增,回路中的電流迅速減小到安全值。為熱敏電阻對交流電路保護(hù)過程中電流的變化示意圖。熱敏電阻動(dòng)作后,電路中電流有了大幅度的降低,圖中t為熱敏電阻的動(dòng)作時(shí)間。由于高分子ptc熱敏電阻的可設(shè)計(jì)性好,可通過改變自身的開關(guān)溫度(ts)來調(diào)節(jié)其對溫度的敏感程度,因而可同時(shí)起到過溫保護(hù)和過流保護(hù)兩種作用,如kt16-1700dl規(guī)格熱敏電阻由于動(dòng)作溫度很低,因而適用于鋰離子電池和鎳氫電池的過流及過溫保護(hù)。環(huán)境溫度對高分子ptc熱敏電阻的影響 高分子ptc熱敏電阻是一種直熱式、階躍型熱敏電阻,其電阻變化過程與自身的發(fā)熱和散熱情況有關(guān),因而其維持電流(ihold)、動(dòng)作電流(itrip)及動(dòng)作時(shí)間受環(huán)境溫度影響。當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于a區(qū)時(shí),熱敏電阻發(fā)熱功率大于散熱功率而會(huì)動(dòng)作;當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于b區(qū)時(shí)發(fā)熱功率小于散熱功率,高分子ptc熱敏電阻由于電阻可恢復(fù),因而可以重復(fù)多次使用。圖6為熱敏電阻動(dòng)作后,恢復(fù)過程中電阻隨時(shí)間變化的示意圖。電阻一般在十幾秒到幾十秒中即可恢復(fù)到初始值1.6倍左右的水平,此時(shí)熱敏電阻的維持電流已經(jīng)恢復(fù)到額定值,可以再次使用了。面積和厚度較小的熱敏電阻恢復(fù)相對較快;而面積和厚度較大的熱敏電阻恢復(fù)相對較慢。