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NTC热敏电阻的应用

时间:2017-1-20 20:38:49  信息来源:华辰康温度传感器厂家    点击:

   NTC通常是由锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、铁(Fe)等两种或两种以上高纯度金属氧化物材料经混合、成型、烧结等工艺制成的接近理论密度(4.8g/cm3)结构的半导体电子陶瓷。
   NTC热敏电阻是一种随着温度的变化其电阻阻值呈相反趋势变化,且变化率极大的半导体电阻器。通常热敏电阻可用在温度检测、温度补偿、防浪涌等场合。
   NTC热敏电阻的阻值(RT)与热力学温度(T)的典型关系曲线如下图所示,可见随着温度的升高,RT迅速减小。

NTC热敏电阻特性曲线图
图1 NTC特性曲线
上述关系可采用下式的指数关系表示:
NTC热敏电阻的阻值与热力学温度换算公式

   其中,式中RT0为热敏电阻在温度T0(热力学温度)下的阻值,B为热敏指数,与热敏电阻的半导体材料和加工工艺有关。

1. 温度传感器及非线性校正
   NTC热敏电阻是一类在工业测温领域应用相当广泛的温度传感器。与半导体集成温度传感器相比,NTC热敏电阻具有测温范围宽、使用方便、价格低廉等特点;与铂热电阻或热电偶相比,NTC热敏电阻具有灵敏度高、电路简单、价格低廉的特点。
   热敏电阻的温度测量范围可达-100℃~500℃,其灵敏度可达-44000ppm/℃(25℃时),其实际使用尺寸十分灵活,可小至0.01英寸或更小的直径,最大几乎没有限制。额定室温电阻取决于其半导体材料、大小、形状以及电极的接触面积,厚而窄的热敏电阻具有相对较高的阻值,而形状薄而宽的则具有较低的阻值。
   由于用作温度传感器时,通常需要较好的线性度。但热敏电阻的阻值与温度之间呈指数关系变化,在较大温度范围内,阻值与温度的关系具有比较严重的非线性。此时,进行非线性较正会取得较好的效果。

NTC温度传感电路图
图2 NTC温度传感电路

   通常采用的NTC热敏电阻非线性校正的方式是采用一个温度系数较小的固定电阻与NTC热敏电阻并联,这种方法简单易用且校正效果较好,它具有将NTC热敏电阻曲线冷端向下拉的作用。

NTC热敏电阻非线性校正分析图
图3 NTC热敏电阻非线性校正

   图3表示热敏电阻本身的温度特性曲线及并联电阻进行校正后的温度特性曲线。两个电阻并联时,较低电阻值的作用更大,在冷端(接近T1)热敏电阻值阻值较高,并联固定电阻起主要作用,热敏电阻自身较陡峭的阻值变化(大温度系数)由于固定电阻的作用而变得相对平坦;而热端(接近T4),热敏电阻相对于固定电阻阻值较低,因此热敏电阻的阻值变化作用明显。对于并联校正采用的固定电阻阻值可采用下式确定:

NTC热敏电阻的并联校正阻值与温度的变换公式

   式中RT1为测温范围内最低温度时热敏电阻的阻值,RT3为温度范围内最高温度时的阻值,而RT2为温度范围内的中间点时热敏电阻阻值。

2. 防浪涌保护
   NTC热敏电阻的另一个非常广泛的用途就是电源的防浪涌电流保护,示意图如下图所示。

NTC防浪涌电流保护分析图
图4 NTC防浪涌电流保护

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   由于在整流滤波电路中,为了避免电子电路开机瞬间由于容性负载充电而产生的瞬间浪涌电流,通常在电源电路中串接一个功率型的NTC热敏电阻。这样能够有效的抵制开机时的浪涌电流,并且在完成抵制浪涌电流作用后,由于通过电流的持续作用,NTC热敏电阻的阻值将下降到非常小的值,消耗功率很小可以忽略,不会对电路的正常工作造成影响。
   所以在中小功率电源电路中,采用功率型NTC热敏电阻器抵制开机浪涌电流的方法得到广泛应用。

功率型热敏电阻的主要参数有:最大稳态电流、R25阻值、耗散系数、B值等。
   最大稳态电流:是指热敏电阻在25℃环境温度下允许施加在热敏电阻上的最大持续电流值。这个值必须高于实际电路中热敏电阻工作电流值。
   R25阻值:是指热敏电阻的设计阻值,即25℃下的零功率电阻值(通常阻值精度在20%左右)。这个值可以表示热敏电阻的在启机瞬间的限流能力。
   B值:是热敏系数,为两个温度下零功率电阻值的自然对数之差与这两个温度的倒数之差的比值,热敏电阻温度特性公式如下:

热敏电阻温度特性公式

   点击了解更多:什么是NTC热敏电阻的B值?

B值越大,残留电阻越小,工作温升也就越小。
   耗散系数:是指在规定环境温度下,器件本身耗散功率变化与相应温度变化的比值。
热时间常数:在零功率状态下,当环境温度突变时,电阻体温度由起始温度变化到最终温度的63.2%时所需的时间。
   一般热时间常数与耗散系数乘积越大,热敏电阻的热容量越大,抵制浪涌电流的能力也就越强。工作温升也就越小。

   通过以上可以知道,NTC热敏电阻的阻值对温度非常敏感,可灵活应用NTC热敏电阻的特性到实践中去。为了防浪涌电流对电路的冲击时,可以选择功率型NTC热敏电阻,为了作温度补偿或者温度侦测时,可以选择感温型NTC热敏电阻。