NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻工作原理
NTC是Negative Temperature Coefficient 的縮寫(xiě)，意思是負(fù)的溫度系數(shù)，泛指負(fù)溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件，所謂NTC熱敏電阻器就是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料， 采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，因?yàn)樵趯?dǎo)電方式上完全類(lèi)似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時(shí)，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在100~1000000歐姆，溫度系數(shù)-2%~-6.5%。NTC熱敏電阻器可廣泛用于測(cè)溫、控溫、溫度補(bǔ)償?shù)确矫妗?/p>
NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻構(gòu)成
NTC（Negative Temperature Coefficient）是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料．該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進(jìn)行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝而成的半導(dǎo)體陶瓷，可制成具有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）的熱敏電阻．其電阻率和材料常數(shù)隨材料成分比例、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化．現(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料。
NTC熱敏半導(dǎo)瓷大多是尖晶石結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷，具有負(fù)的溫度系數(shù)，電阻值可近似表示為：
式中RT、RT0分別為溫度T、T0時(shí)的電阻值，Bn為材料常數(shù)．陶瓷晶粒本身由于溫度變化而使電阻率發(fā)生變化，這是由半導(dǎo)體特性決定的。
NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏最重要的性能是壽命
長(zhǎng)壽命NTC熱敏電阻，是對(duì)NTC熱敏電阻認(rèn)識(shí)的提升，強(qiáng)調(diào)電阻壽命的重要性。NTC熱敏電阻最重要的是壽命，在經(jīng)得起各種高精度、高靈敏度、高可靠、超高溫、高壓力考驗(yàn)后，它仍很長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。
壽命是NTC熱敏電阻的一個(gè)重要性能，與精度、靈敏度等其他參數(shù)存在辯證關(guān)系。一個(gè)NTC電阻產(chǎn)品，必須首先長(zhǎng)壽命，才能保證其他性能的發(fā)揮；而其他性能的優(yōu)秀，依賴(lài)到生產(chǎn)工藝達(dá)到一定技術(shù)水平，這讓NTC的長(zhǎng)壽命變成可能。
很多高科技電子產(chǎn)品，在超高溫、超高壓及其他惡劣條件下，需要熱敏電阻發(fā)揮穩(wěn)定的控溫、測(cè)溫功能，多數(shù)廠家一味追求NTC熱敏電阻的精度、靈敏度、漂移值等常規(guī)性能的穩(wěn)定發(fā)揮，忽視了電阻的壽命，導(dǎo)致因NTC無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間工作而影響電子產(chǎn)品的使用。如此一來(lái)，所有的精度、靈敏度、耐高溫等等，都變得沒(méi)有意義。
NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻歷史
NTC熱敏電阻器的發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的階段．1834年，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了硫化銀有負(fù)溫度系數(shù)的特性．1930年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)氧化亞銅-氧化銅也具有負(fù)溫度系數(shù)的性能，并將之成功地運(yùn)用在航空儀器的溫度補(bǔ)償電路中．隨后，由于晶體管技術(shù)的不斷發(fā)展，熱敏電阻器的研究取得重大進(jìn)展．1960年研制出了NTC熱敏電阻器。
NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度范圍
它的測(cè)量范圍一般為-10～+300℃，也可做到-200～+10℃，甚至可用于+300～+1200℃環(huán)境中作測(cè)溫用．
負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器溫度計(jì)的精度可以達(dá)到0.1℃，感溫時(shí)間可少至10s以下．它不僅適用于糧倉(cāng)測(cè)溫儀，同時(shí)也可應(yīng)用于食品儲(chǔ)存、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學(xué)種田、海洋、深井、高空、冰川等方面的溫度測(cè)量。
NTC溫度傳感器是一種熱敏電阻、探頭，其原理為：電阻值隨著溫度上升而迅速下降。其通常由2或3種金屬氧化物組成, 混合在類(lèi)似流體的粘土中，并在高溫爐內(nèi)鍛燒成致密的燒結(jié)陶瓷。實(shí)際尺寸十分靈活，它們可小至0.010英寸或很小的直徑。最大尺寸幾乎沒(méi)有限制，但通常適用半英寸以下。
NTC溫度傳感器定義:
NTC熱敏電阻、探頭組(合)件.一種用熱敏電阻外殼，延長(zhǎng)引線，有時(shí)還用了一個(gè)接頭組合而成的成品熱敏電阻組(合)件。
結(jié)構(gòu)
一般由NTC熱敏電阻、探頭(金屬殼或塑膠殼等,延長(zhǎng)引線,及金屬端子或連端器組成
原理
利用NTC熱敏電阻在一定的測(cè)量功率下，電阻值隨著溫度上升而迅速下降。利用這一特性, 可將NTC熱敏電阻通過(guò)測(cè)量其電阻值來(lái)確定相應(yīng)的溫度，從而達(dá)到檢測(cè)和控制溫度的目的。
應(yīng)用
● 空調(diào),冰箱,冷柜,熱水器,飲水機(jī),暖風(fēng)機(jī),洗碗機(jī),消毒柜,洗衣機(jī),烘干機(jī)等家電設(shè)備上.
● 汽車(chē)空調(diào),水溫傳感器,進(jìn)氣溫度傳感器,發(fā)動(dòng)機(jī)
● 開(kāi)關(guān)電源,UPS不間斷電源,變頻器,電鍋爐等
● 智能馬桶,電熱毯等
特點(diǎn):
● 靈敏度高,響應(yīng)速度快
● 阻值和B值精度高,一致性互換性好
● 采用雙層包封工藝,具有良好的絕緣密封性和抗機(jī)械碰撞,抗彎折能力
● 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活,可根據(jù)客戶不同設(shè)稈要求定制.
產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)的表示方法 |
常規(guī)產(chǎn)品電性能參數(shù) |
Part No. | R25℃ (KΩ) | B(K) 25/50℃ | Rated Power @25℃(mW） | Dissipation Factor(δ) (mW/℃) | Thermal time Constant (S) |
TS502□3274A | 5.0 | 3274 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS502□3435B | 5.0 | 3435 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS502□3470A | 5.0 | 3470 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS502□3950A | 5.0 | 3950 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS103□3274A | 10.0 | 3274 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS103□3435B | 10.0 | 3435 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS103□3470A | 10.0 | 3470 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS103□3950A | 10.0 | 3950 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS103□4100A | 10.0 | 4100 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS153□3950A | 15.0 | 3950 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS153□4100A | 15.0 | 4100 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS203□3950A | 20.0 | 3950 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS203□4100A | 20.0 | 4100 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS223□4200A | 22.0 | 4200 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS403□3928A | 40.0 | 3928 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS503□3950A | 50.0 | 3950 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS503□4100A | 50.0 | 4100 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS104□3950A | 100.0 | 3950 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS104□4100A | 100.0 | 4100 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
TS104□4400A | 100.0 | 4400 | 10-20 | 2-4 | 5-20 |
◆可根據(jù)客戶要求定做特殊規(guī)格。
ntc溫度傳感器的性能介紹
ntc溫度傳感器通常由2或3種金屬氧化物組成, 混合在類(lèi)似流體的粘土中, 并在高溫爐內(nèi)鍛燒成致密的燒結(jié)陶瓷。氧連結(jié)金屬往往會(huì)提供自由電子。陶瓷通常是極好的絕緣體。但只有在理論上，當(dāng)溫度接近絕對(duì)零度時(shí)，熱敏電阻型陶瓷才是這種情況。但是，當(dāng)溫度增加至較常見(jiàn)的范圍時(shí)，熱激發(fā)會(huì)拋出越來(lái)越多的自由電子。隨著許多電子載流通過(guò)陶瓷，有效阻值則降低。電阻隨溫度的變化極為靈敏。典型變化為每攝氏度減少(-)7[%]至3[%]。這時(shí)適合寬溫度范圍內(nèi)使用的任何傳感器來(lái)說(shuō)是最靈敏的。
額定室溫電阻取決于基本材料的電阻率，大小和幾何形狀，以及電極的接觸面積。厚而窄的熱敏電阻具有相對(duì)高的電阻，而形狀是薄而寬的則具有較低電阻。實(shí)際尺寸也十分靈活，它們可小至.010英寸或很小的直徑。最大尺寸幾乎沒(méi)有限制，但通常適用半英寸以下。
ntc熱敏電阻工作原理
負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料， 采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，因?yàn)樵趯?dǎo)電方式上完全類(lèi)似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時(shí)，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在100~1000000歐姆，溫度系數(shù)-2[%]~-6.5[%]。
ntc溫度傳感器術(shù)語(yǔ)解釋
探頭組(合)件一種用熱敏電阻外殼，延長(zhǎng)引線，有時(shí)還用了一個(gè)接頭組合而成的成品熱敏電阻組(合)件。
R0：熱敏電阻在規(guī)定溫度時(shí)零功率下的電阻
R-T曲線熱敏電阻和溫度表或曲線圖
徑向曲線：電子元件的引線，它以一直線從中央引至邊緣引離出元件本體。引線彼此平行地繼續(xù)向外引。
比率，0至50：將熱敏電阻在0°C時(shí)的電阻除以其50°C時(shí)的電阻所得的數(shù)(比率)，它可用斜率表示并有利于進(jìn)行比較。
電阻：電氣設(shè)備的特性，它阻撓電流流動(dòng)。
電阻偏差：和指定的標(biāo)稱(chēng)電阻溫度曲線相比，由于斜率改變而帶來(lái)的額外容差。加在25°C容差上，為此提供了一個(gè)圖表(見(jiàn)封底的折疊插頁(yè))
電阻率：當(dāng)減小到標(biāo)準(zhǔn)單位形狀時(shí)材料體電阻的性質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)形狀被取作1立方厘米，測(cè)量單位是歐姆-厘米。它有利于在已知電阻率及其尺寸情況下預(yù)測(cè)熱敏電阻的實(shí)際電阻。
響應(yīng)時(shí)間：熱敏電阻指示溫度步進(jìn)變化到規(guī)定數(shù)量范圍所需的時(shí)間
自熱：由于熱敏電阻內(nèi)的功率耗散而使自身溫度上升。
斜率：在規(guī)定溫度范圍時(shí)電阻溫度曲線的陡度。通常被指定為每°C歐姆變化或每°C：[%](值)變化(也被稱(chēng)作為α)。
熱敏電阻：(熱變電阻)一種溫度敏感的陶瓷電阻器。
時(shí)間常數(shù)：(T.C.)熱敏電阻指示溫度步進(jìn)變化到63[%]時(shí)所需的時(shí)間。
瓦特?cái)?shù)：電氣元件消耗或耗散功率的計(jì)量單位
零功率電阻值 RT（Ω）
RT指在規(guī)定溫度 T 時(shí)，采用引起電阻值變化相對(duì)于總的測(cè)量誤差來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)的測(cè)量功率測(cè)得的電阻值。
電阻值和溫度變化的關(guān)系式為：
RT = RN expB(1/T – 1/TN)
RT ： 在溫度 T （ K ）時(shí)的 NTC 熱敏電阻阻值。
RN ： 在額定溫度 TN （ K ）時(shí)的 NTC 熱敏電阻阻值。
T ： 規(guī)定溫度（ K ）。
B ： NTC 熱敏電阻的材料常數(shù)，又叫熱敏指數(shù)。
exp： 以自然數(shù)e 為底的指數(shù)（ e = 2.71828 …）。
該關(guān)系式是經(jīng)驗(yàn)公式，只在額定溫度 TN 或額定電阻阻值 RN 的有限范圍內(nèi)才具有一定的精確度，因?yàn)椴牧铣?shù)B 本身也是溫度 T 的函數(shù)。
額定零功率電阻值 R25 （Ω）
根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定，額定零功率電阻值是 NTC 熱敏電阻在基準(zhǔn)溫度 25 ℃ 時(shí)測(cè)得的電阻值 R25，這個(gè)電阻值就是NTC 熱敏電阻的標(biāo)稱(chēng)電阻值。通常所說(shuō) NTC 熱敏電阻多少阻值，亦指該值。
材料常數(shù)（熱敏指數(shù)） B 值（ K ）
B 值被定義為：
B=T1*T2/(T2-T1)ln(RT1/RT2)
RT1 ： 溫度 T1 （ K ）時(shí)的零功率電阻值。
RT2 ： 溫度 T2 （ K ）時(shí)的零功率電阻值。
T1、T2 ：兩個(gè)被指定的溫度（ K ）。
對(duì)于常用的 NTC 熱敏電阻， B 值范圍一般在 2000K ～ 6000K 之間。
零功率電阻溫度系數(shù)（αT ）
在規(guī)定溫度下， NTC 熱敏電阻零動(dòng)功率電阻值的相對(duì)變化與引起該變化的溫度變化值之比值。
αT ： 溫度 T （ K ）時(shí)的零功率電阻溫度系數(shù)。
RT ： 溫度 T （ K ）時(shí)的零功率電阻值。
T ： 溫度（ T ）。
B ： 材料常數(shù)。
耗散系數(shù)（δ）
在規(guī)定環(huán)境溫度下， NTC 熱敏電阻耗散系數(shù)是電阻中耗散的功率變化與電阻體相應(yīng)的溫度變化之比值。
δ： NTC 熱敏電阻耗散系數(shù)，（ mW/ K ）。
△ P ： NTC 熱敏電阻消耗的功率（ mW ）。
△ T ： NTC 熱敏電阻消耗功率△ P 時(shí)，電阻體相應(yīng)的溫度變化（ K ）。
熱時(shí)間常數(shù)(τ)
在零功率條件下， 當(dāng)溫度突變時(shí)， 熱敏電阻的溫度變化了始未兩個(gè)溫度差的 63.2% 時(shí)所需的時(shí)間，熱時(shí)間常數(shù)與 NTC 熱敏電阻的熱容量成正比，與其耗散系數(shù)成反比。
τ：熱時(shí)間常數(shù)（ S ）。
C： NTC 熱敏電阻的熱容量。
δ： NTC 熱敏電阻的耗散系數(shù)。
額定功率Pn
在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許消耗的功率。在此功率下，電阻體自身溫度不超過(guò)其最高工作溫度。
最高工作溫度Tmax
在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器能長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許的最高溫度。即:
T0-環(huán)境溫度。
測(cè)量功率Pm
熱敏電阻在規(guī)定的環(huán)境溫度下，阻體受測(cè)量電流加熱引起的阻值變化相對(duì)于總的測(cè)量誤差來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)時(shí)所消耗的功率。
一般要求阻值變化大于0.1%，則這時(shí)的測(cè)量功率Pm為：
電阻溫度特性
NTC熱敏電阻的溫度特性可用下式近似表示：
式中：
RT：溫度T時(shí)零功率電阻值。
A：與熱敏電阻器材料物理特性及幾何尺寸有關(guān)的系數(shù)。
B：B值。
T：溫度（k）。
更精確的表達(dá)式為：
式中：
RT：熱敏電阻器在溫度T時(shí)的零功率電阻值。
T：為絕對(duì)溫度值，K；
A、B、C、D：為特定的常數(shù)。
NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻R-T特性
B 值相同， 阻值不同的 R-T 特性曲線示意圖
相同阻值，不同B值的NTC熱敏電阻R-T特性曲線示意圖
溫度測(cè)量、控制用NTC熱敏電阻器
ntc溫度傳感器的應(yīng)用
醫(yī)療應(yīng)用：一般需在數(shù)字式溫度計(jì)、培養(yǎng)(恒溫)箱、皮膚傳感器、導(dǎo)尿管、透析設(shè)備和呼吸器里使用ntc溫度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)溫度、血流或氣流。
家電應(yīng)用：一般使用以各種包裝的玻璃封裝薄片來(lái)監(jiān)測(cè)和控制烘箱、微波爐、洗衣機(jī)和烘干機(jī)、洗碗機(jī)和小家電-烤面包機(jī)、拌和器、干發(fā)器、卷發(fā)鉗、淋浴器、空調(diào)器、爐子、冰箱、制冷機(jī)的溫度和監(jiān)控可充電鎳鉻電池和NiMH電池上的溫度，對(duì)無(wú)繩電動(dòng)工具和器具、可攜式攝像機(jī)、手提式CD播放機(jī)/收音機(jī)進(jìn)行充電控制。
汽車(chē)應(yīng)用一般使用圓片、玻璃封裝薄片或Uni-Curve?產(chǎn)品用于溫度監(jiān)測(cè)和控制氣流及浸沒(méi)應(yīng)用。這些設(shè)備通常被用作進(jìn)氣傳感器、電池、發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)溫度傳感器、空調(diào)和內(nèi)/外環(huán)境溫度傳感器，以及油和煤氣液位傳感器。
辦公自動(dòng)化/數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用一般使用ntc溫度傳感器來(lái)進(jìn)行捆扎機(jī)、高架投影機(jī)、彩色打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、中央處理機(jī)(主機(jī))、電源的溫度監(jiān)測(cè)和控制，以及膝上型計(jì)算機(jī)、個(gè)人管理器和其它電池供電的便攜式設(shè)備所用可充電NiCad和NiMH電池的充電控制。
電信應(yīng)用一般使用ntc溫度傳感器來(lái)進(jìn)行溫度補(bǔ)償或使用玻璃封裝薄片來(lái)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)和控制。典型應(yīng)用包括開(kāi)關(guān)設(shè)備，以及無(wú)繩電話、收音機(jī)、呼機(jī)上的可充電NiCad和NiMH電池，用于充電控制。
軍事/航空航天的應(yīng)用要求使用精密薄片或玻璃珠組合件來(lái)監(jiān)測(cè)飛機(jī)、衛(wèi)星、地面雷達(dá)、載人軌道飛行器和深空探空火箭的溫度。
