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NTC热敏电阻基础以及应用和选择

2019-07-26 08:26
Resistor.Today
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NTC被称为负温度系数热敏电阻,是由Mn-Co-Ni的氧化物充分混合后烧结而成的陶瓷材料制备而来,它在实现小型化的同时,还具有电阻值-温度特性波动小、对各种温度变化响应快的特点,可被用来做高灵敏度、高精度的温度传感器,在电子电路当中也经常被用作实时的温度监控及温度补偿等。随着本体的温度升高,NTC的电阻阻值会呈非线性的下降,这个是NTC的特性。为了更好地利用该特点,在应用前我们需要清楚地了解NTC的基本参数,本文将对此做出讨论,希望在实际的电路设计中对电子研发工程师有一些帮助。

电阻-温度特性

NTC热敏电阻的电阻-温度特性曲线如下图:


NTC热敏电阻基础以及应用和选择

通常我们用以下几个参数来定义该曲线:

R25: 25℃时NTC本体的电阻值

B值:材料常数,是用来表示NTC在工作温度范围内阻值随温度变化幅度的参数,与材料的成分和烧结工艺有关。另外NTC的B值会受温度变化的影响,因此通常我们会选取曲线上两个温度点来计算。表示B值时要把选取的温度点标明,如B25/85。B值越大表明阻值随温度的升高降低得越快,B值越小则相反。如下图:


NTC热敏电阻基础以及应用和选择

ɑ值:所谓电阻温度系数(α),是指在任意温度下温度变化1°C时的零负载电阻变化率。电阻温度系数(α)与B值的关系,可用下式表示:


NTC热敏电阻基础以及应用和选择

这里α前的负号(-),表示当温度上升时零负载电阻降低。

以上三个参数是我们在选择NTC时应该初步了解的参数,下面我们对其他参数也做一些介绍。

散热系数

散热系数(δ)是指在热平衡状态下,热敏电阻元件通过自身发热使其温度上升1°C时所需的功率。

在热平衡状态下,热敏电阻的温度T1、环境温度T2及消耗功率P之间关系如下式所示。

NTC热敏电阻基础以及应用和选择

规格中的数值一般为25°C静止空气条件下测定的典型值。

最大功率

在额定环境温度下,可连续负载运行的功率最大值, 也称“额定功率”。

通常是以25°C为额定环境温度、由下式计算出的值。

额定功率=散热系数×(最高使用温度-25°C)

对应环境温度变化的热响应时间常数

指在零负载状态下,当热敏电阻的环境温度发生急剧变化时,热敏电阻元件产生最初温度与最终温度两者温度差的63.2%的温度变化所需的时间。热敏电阻的环境温度从T1变为T2时,经过时间t与热敏电阻的温度T之间存在以下关系。

NTC热敏电阻基础以及应用和选择

常数τ称为热响应时间常数。

上式中,若令t=τ时,则(T-T1)/(T2-T1)=0.632。

换言之,如上面的定义所述,热敏电阻产生初始温度差63.2%的温度变化所需的时间即为热响应时间常数。

经过时间与热敏电阻温度变化率的关系如下表所示。

NTC热敏电阻基础以及应用和选择


NTC热敏电阻基础以及应用和选择

通常为下列测定条件下的典型值。 静止空气中环境温度从25°C至85°C变化时,热敏电阻的温度变化至62.9°C所需时间。另外应注意,散热系数、热响应时间常数随环境温度、组装条件而变化。

NTC的阻值公差及相应的温度公差

NTC的阻值公差在不同温度下是不一样的,如下面的计算公式,不同温度下阻值公差受常温下阻值R25公差和B值公差影响。阻值的变化如下面的曲线所示:

NTC热敏电阻基础以及应用和选择

NTC热敏电阻基础以及应用和选择

当NTC用来做温度检测时,通常我们需要了解NTC可以支持的温度公差,这样我们就需要进行转换,用阻值公差除以ɑ温度系数,公式如下:

NTC热敏电阻基础以及应用和选择

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