NTC是英文Negative Temperature Coefficient的縮寫。其含義為負溫度系數。NTC熱敏電阻器是一種以過渡金屬氧化物為主要原材料,采用電子陶瓷工藝制成的熱敏陶瓷組件。它的電阻值隨溫度的升高而降低。利用這一特性既可制成測溫、溫度補償和控溫組件,又可以制成功率型組件,抑制電路的浪涌電流(這是由于NTC熱敏電阻器有一個額定的零功率電阻仁,當其串聯在電源回路中時,就可以有效地抑制開機浪涌電流,并且在完成抑制浪涌電流作用以后,利用電流的持續作用,將NTC熱敏電阻器的電阻值下降非常小的程度)。
熱敏電阻器是敏感元件的一類,按照溫度系數不同分為正溫度系數熱敏電阻器(PTC)和負溫度系數熱敏電阻器(NTC)。熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感,不同的溫度下表現出不同的電阻值。正溫度系數熱敏電阻器(PTC)在溫度越高時電阻值越大,負溫度系數熱敏電阻器(NTC)在溫度越高時電阻值越低,它們同屬于半導體器件。
一般來說,熱敏電阻器對溫度的敏感性高,所以不宜用表來測量它的阻值。這是因為萬用表的工作電流比較大,流過熱敏電阻器時會發熱而使阻值改變。但用萬用表也可簡易判斷熱敏電阻器能否工作,具體熱敏電阻器的檢測方法如下:
將萬用表撥到歐姆擋(視標稱電阻值確定擋位),用鱷魚夾代替表筆分別夾住熱敏電阻器的兩個引腳,記下此時的阻值;然后用手捏住熱敏電阻器,觀察萬用表示數,此時會看到顯示的數據(指針會慢慢移動)隨著溫度的升高而改變,這表明電阻值在逐漸改變(負溫度系數熱敏電阻器阻值會變小,正溫度系數熱敏電阻器阻值會變大)。
當阻值改變到一定數值時,顯示數據會(指針)逐漸穩定。若環境溫度接近體溫,則采用這種方法就不靈。這時可用電烙鐵或者開水杯靠近或緊貼熱敏電阻器進行加熱,同樣會看到阻值改變。這樣,則可證明這只溫度系數熱敏電阻器是好的。
那么NTC熱敏電阻的主要應用有哪些呢?
一、熱敏電阻的主要特點:
①靈敏度較高,其電阻溫度系數要比金屬大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℃(目前最高可達到2000℃),低溫器件適用于-273℃~-55℃;
③體積小,能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體內血管的溫度;
④使用方便,電阻值可在0.1~100kΩ間任意選擇;
⑤易加工成復雜的形狀,可大批量生產;
⑥穩定性好、過載能力強。
二、工作原理
熱敏電阻將長期處于不動作狀態;當環境溫度和電流處于c區時,熱敏電阻的散熱功率與發熱功率接近,因而可能動作也可能不動作。熱敏電阻在環境溫度相同時,動作時間隨著電流的增加而急劇縮短;熱敏電阻在環境溫度相對較高時具有更短的動作時間和較小的維持電流及動作電流。
1、ptc效應是一種材料具有ptc(positive temperature coefficient)效應,即正溫度系數效應,僅指此材料的電阻會隨溫度的升高而增加。如大多數金屬材料都具有ptc效應。在這些材料中,ptc效應表現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。
2、非線性ptc效應 經過相變的材料會呈現出電阻沿狹窄溫度范圍內急劇增加幾個至十幾個數量級的現象,即非線性ptc效應,相當多種類型的導電聚合體會呈現出這種效應,如高分子ptc熱敏電阻。這些導電聚合體對于制造過電流保護裝置來說非常有用。
3、高分子ptc熱敏電阻用于過流保護 高分子ptc熱敏電阻又經常被人們稱為自恢復保險絲(下面簡稱為熱敏電阻),由于具有獨特的正溫度系數電阻特性,因而極為適合用作過流保護器件。熱敏電阻的使用方法象普通保險絲一樣,是串聯在電路中使用。
當電路正常工作時,熱敏電阻溫度與室溫相近、電阻很小,串聯在電路中不會阻礙電流通過;而當電路因故障而出現過電流時,熱敏電阻由于發熱功率增加導致溫度上升,當溫度超過開關溫度(ts,見圖1)時,電阻瞬間會劇增,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過程中電流的變化示意圖。熱敏電阻動作后,電路中電流有了大幅度的降低,圖中t為熱敏電阻的動作時間。由于高分子ptc熱敏電阻的可設計性好,可通過改變自身的開關溫度(ts)來調節其對溫度的敏感程度,因而可同時起到過溫保護和過流保護兩種作用,如kt16-1700dl規格熱敏電阻由于動作溫度很低,因而適用于鋰離子電池和鎳氫電池的過流及過溫保護。環境溫度對高分子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熱和散熱情況有關,因而其維持電流(ihold)、動作電流(itrip)及動作時間受環境溫度影響。當環境溫度和電流處于a區時,熱敏電阻發熱功率大于散熱功率而會動作;當環境溫度和電流處于b區時發熱功率小于散熱功率,高分子ptc熱敏電阻由于電阻可恢復,因而可以重復多次使用。圖6為熱敏電阻動作后,恢復過程中電阻隨時間變化的示意圖。電阻一般在十幾秒到幾十秒中即可恢復到初始值1.6倍左右的水平,此時熱敏電阻的維持電流已經恢復到額定值,可以再次使用了。面積和厚度較小的熱敏電阻恢復相對較快;而面積和厚度較大的熱敏電阻恢復相對較慢。
三、技術參數
①標稱阻值Rc:一般指環境溫度為25℃時熱敏電阻器的實際電阻值。
②實際阻值RT:在一定的溫度條件下所測得的電阻值。
③材料常數:它是一個描述熱敏電阻材料物理特性的參數,也是熱靈敏度指標,B值越大,表示熱敏電阻器的靈敏度越高。應注意的是,在實際工作時,B值并非一個常數,而是隨溫度的升高略有增加。
④電阻溫度系數αT:它表示溫度變化1℃時的阻值變化率,單位為%/℃。
⑤時間常數τ:熱敏電阻器是有熱慣性的,時間常數,就是一個描述熱敏電阻器熱慣性的參數。它的定義為,在無功耗的狀態下,當環境溫度由一個特定溫度向另一個特定溫度突然改變時,熱敏電阻體的溫度變化了兩個特定溫度之差的63.2%所需的時間。τ越小,表明熱敏電阻器的熱慣性越小。
⑥額定功率PM:在規定的技術條件下,熱敏電阻器長期連續負載所允許的耗散功率。在實際使用時不得超過額定功率。若熱敏電阻器工作的環境溫度超過 25℃,則必須相應降低其負載。
⑦額定工作電流IM:熱敏電阻器在工作狀態下規定的名義電流值。
⑧測量功率Pc:在規定的環境溫度下,熱敏電阻體受測試電流加熱而引起的阻值變化不超過0.1%時所消耗的電功率。
⑨最大電壓:對于NTC熱敏電阻器,是指在規定的環境溫度下,不使熱敏電阻器引起熱失控所允許連續施加的最大直流電壓;對于PTC熱敏電阻器,是指在規定的環境溫度和靜止空氣中,允許連續施加到熱敏電阻器上并保證熱敏電阻器正常工作在PTC特性部分的最大直流電壓。
⑩最高工作溫度Tmax:在規定的技術條件下,熱敏電阻器長期連續工作所允許的最高溫度。
⑾開關溫度tb:PTC熱敏電阻器的電阻值開始發生躍增時的溫度。
⑿耗散系數H:溫度增加1℃時,熱敏電阻器所耗散的功率,單位為mW/℃。
四、熱敏電阻材料分類
熱敏材料一般可分為半導體類、金屬類和合金類三類
1、半導體熱敏電阻材料
這類材料有單晶半導體、多晶半導體、玻璃半導體、有機半導體以及金屬氧化物等。它們均具有非常大的電阻溫度系數和高的龜阻率,用其制成的傳感器的靈敏度也相當高。按電阻溫度系數也可分為負電阻溫度系數材料和正電阻溫度系數材料.在有限的溫度范圍內,負電阻溫度系數材料a可達-6*10-2/℃,正電阻溫度系數材料a可高達-60*10-2/℃以上。如飲酸鋇陶瓷就是一種理想的正電阻溫度系數的半導體材料。上述兩種材料均廣泛用于溫度測量、溫度控制、溫度補瞬、開關電路、過載保護以及時間延遲等方面,如分別用子制作熱敏電阻溫度計、熱敏電阻開關和熱敏電阻溫度計、熱敏電阻開關和熱敏電阻延遲繼電錯等[1] 。
這類材料由于電阻和流度呈指數關系,因此測溫范圍狹窄、均勻性也差[1] 。.
2、金屬熱敏電阻材料
此類材料作為熱電阻測溫、限流器以及自動恒溫加熱元件均有較為廣泛的應用。如鉑電阻溫度計、鎳電阻溫度計、銅電阻溫度計等。其中鉑側溫傳感器在各種介質中(包括腐蝕性介質),表現出明顯的高精度和高穩定的特征。但是,由于鉑的稀缺和價格昂貴而使它們的廣泛應用受到一定的限制。銅測溫傳感器較便宜,但在腐蝕性介質中長期使用,可導致靜態特性與阻值發生明顯變化。最近有資料報導,銅測溫傳感器可在空氣介質中-60~180℃溫度范圍使用。但是,國外為了在-60~180℃長期地測量溫度和在250℃短期測量溫度,普遍大量使用著鎳測溫傳感器,并認為鎳是一種較理想的材料,因為它們具有高的靈敏度、滿意的重現性和穩定性。
3、合金熱敏電阻材料
合金熱敏電阻材料亦稱熱敏電阻合金。這種合金具有較高的電阻率,并且電阻值隨溫度的變化較為敏感,是一種制造溫敏傳感器的良好材料。作為溫敏傳感器的熱敏電阻合金性能要求如下:(1)足夠大的電阻率;(2)相當高的電阻溫度系數;(3)具有接近于實驗材料線膨脹系數;(4)小的應變靈敏系數;(5)在工作溫度區間加熱和冷卻時,電阻溫度曲線應有良好的重復性。
五、應用
熱敏電阻也可作為電子線路元件用于儀表線路溫度補償和溫差電偶冷端溫度補償等。利用NTC熱敏電阻的自熱特性可實現自動增益控制,構成RC振蕩器穩幅電路,延遲電路和保護電路。在自熱溫度遠大于環境溫度時阻值還與環境的散熱條件有關,因此在流速計、流量計、氣體分析儀、熱導分析中常利用熱敏電阻這一特性,制成專用的檢測元件。PTC熱敏電阻主要用于電器設備的過熱保護、無觸點繼電器、恒溫、自動增益控制、電機啟動、時間延遲、彩色電視自動消檢測。