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热敏电阻的作用与热敏电阻的检测,热敏电阻的相关技术术语

2017年05月27日 08:54 网络整理 作者: 用户评论(0

  热敏电阻器是敏感元件的一类,按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感,不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度越高时电阻值越大,负温度系数热敏电阻器(NTC)在温度越高时电阻值越低,它们同属于半导体器件。

  热敏电阻的作用与热敏电阻的检测,热敏电阻的相关技术术语

  热敏电阻包括正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)热敏电阻。

  热敏电阻的主要特点是:

  ①灵敏度较高,其电阻温度系数要比金属大10~100倍以上;

  ②工作温度范围宽,常温器件适用于-55℃~315℃,高温器件适用温度高于315℃(目前最高可达到2000℃)低温器件适用于-273℃~55℃;

  ③体积小,能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度;

  ④使用方便,电阻值可在0.1~100kΩ间任意选择;

  ⑤易加工成复杂的形状,可大批量生产;

  ⑥稳定性好、过载能力强.

  由于半导体热敏电阻有独特的性能,所以在应用方面它不仅可以作为测量元件(如测量温度、流量、液位等),还可以作为控制元件(如热敏开关、限流器)和电路补偿元件。热敏电阻广泛用于家用电器、电力工业、通讯、军事科学、宇航等各个领域,发展前景极其广阔。

  热敏电阻的作用

  PTC热敏电阻

  PTC(PosiTIve Temperature Coeff1Cient)是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻现象或材料,可专门用作恒定温度传感器。该材料是以BaTIO3或SrTIO3或PbTIO3为主要成分的烧结体, 其中掺入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物进行原子价控制而使之半导化,常将这种半导体化的BaTiO3等材料简称为半导(体)瓷;同时还添加增大其正电阻温度系数的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物,采用一般陶瓷工艺成形、高温烧结而使钛酸铂等及其固溶体半导化,从而得到正特性的热敏电阻材料.其温度系数及居里点温度随组分及烧结条件(尤其是冷却温度)不同而变化。

  钛酸钡晶体属于钙钛矿型结构,它是一种铁电材料,纯钛酸钡是一种绝缘材料。 在钛酸钡材料中加入微量稀土元素,进行适当热处理后,在居里温度附近,电阻率陡增几个数量级,产生PTC效应,此效应与BaTiO3晶体的铁电性及其在居里温度附近材料的相变有关。钛酸钡半导瓷是一种多晶材料,晶粒之间存在着晶粒间界面。 该半导瓷当达到某一特定温度或电压,晶体粒界就发生变化,从而电阻急剧变化。

  钛酸钡半导瓷的PTC效应起因于粒界(晶粒间界)。对于导电电子来说,晶粒间界面相当于一个势垒。温度低时,由于钛酸钡内电场的作用,导致电子极容易越过势垒,则电阻值较小。 当温度升高到居里点温度(即临界温度)附近时,内电场受到破坏,它不能帮助导电电子越过势垒。这相当于势垒升高,电阻值突然增大,产生PTC效应。钛酸钡半导瓷的PTC效应的物理模型有海望表面势垒模型、丹尼尔斯等人的钡缺位模型和叠加势垒模型,它们分别从不同方面对PTC效应作出了合理解释。

  PTC热敏电阻于1950年出现,随后1954年出现了以钛酸钡为主要材料的PTC热敏电阻。PTC热敏电阻在工业上可用作温度的测量与控制, 也用于汽车某部位的温度检测与调节,还大量用于民用设备,如控制瞬间开水器的水温、空调器与冷库的温度, 利用本身加热作气体分析和风速机等方面。

  PTC热敏电阻除用作加热元件外,同时还能起到“开关”的作用,兼有敏感元件、加热器和开关三种功能,称之为“热敏开关”。 电流通过元件后引起温度升高,即发热体的温度上升,当超过居里点温度后,电阻增加,从而限制电流增加, 于是电流的下降导致元件温度降低,电阻值的减小又使电路电流增加,元件温度升高,周而复始,因此具有使温度保持在特定范围的功能,又起到开关作用。 利用这种阻温特性做成加热源,作为加热元件应用的有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等,还可对电器起到过热保护作用.

  NTC热敏电阻

  NTC(Negative Temperature Coeff1Cient)是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料。 该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷,可制成具有负温度系数(NTC)的热敏电阻。它的其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化。现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系NTC热敏电阻材料。

  NTC热敏电阻器的发展经历了漫长的阶段。1834年,科学家首次发现了硫化银有负温度系数的特性。1930年,科学家发现氧化亚铜-氧化铜也具有负温度系数的性能,并将之成功地运用在航空仪器的温度补偿电路中。随后,由于晶体管技术的不断发展,热敏电阻器的研究取得重大进展。1960年研制出了NTC热敏电阻器,广泛用于测温、控温、温度补偿等方面。

  它的测量范围一般为-10~+300℃,也可做到-200~+10℃。

  热敏电阻器温度计的精度可以达到0.1℃,感温时间可少至10s以下。 它不仅适用于粮仓测温仪,同时也可应用于食品储存、医药卫生、科学种田、海洋、深井、高空、冰川等方面的温度测量.

  热敏电阻的检测

  对于工程师来说,利用万用表测电阻是最基础的工作。同时要求新人工程师必须牢牢掌握的的一项技术。本文就和新人工程师一起分享万用表测电阻的相关知识,解析如何使用万用表测试热敏电阻的好坏。

  热敏电阻的作用与热敏电阻的检测,热敏电阻的相关技术术语

  正温度系数热敏电阻的检测

  与万用表测电阻的大多数方法一样,在使用指针式万用表检测正温度系数热敏电阻好坏情况时,我们需要将万用表调到R×1挡,具体的操作步骤可分两步。进行常温检测(室内温度接近25℃)时,首先将两表笔接触PTC热敏电阻的两引脚测出其实际阻值,并与标称阻值相对比,二者相差在±2Ω内即为正常。实际阻值若与标称阻值相差过大,则说明其性能不良或已损坏。

  对热敏电阻的加温检测是在常温测试正常的基础上进行的,当使用上文中介绍的万用表测电阻好坏办法检测该热敏电阻正常时,即可进行第二步测试—加温检测,将一热源(例如电烙铁)靠近PTC热敏电阻对其加热,同时用万用表监测其电阻值是否随温度的升高而增大,如果是,说明热敏电阻正常,若阻值无变化则说明其性能变劣,不能继续使用。此时需要注意,不要使热源与PTC热敏电阻靠得过近或直接接触热敏电阻,以防止将其烫坏。

  负温度系数热敏电阻的检测

  当使用万用表测电阻技术对负温度系数热敏电阻进行好坏程度检测是,其方法与测量普通固定电阻的方法相同,即根据负温度系数热敏电阻的标称阻值选择合适的电阻挡,就能够直接测出Rt的实际值。但因NTC热敏电阻对温度很敏感,因此在测试时需要特别注意几个问题。首先,ARt是生产厂家在环境温度为25℃时所测得的,所以用万用表测量Rt时,页应在环境温度接近25℃时进行,以保证测试的可信度。其次,测量功率不得超过规定值,以免电流热效应引起测量误差。再就是测试时注意不要用手捏住热敏电阻体,以防止人体温度对测试产生影响。

  在使用万用表测电阻技术对负温度系数热敏电阻进行温度系数αt估测时,首先要在室温t1下测得电阻值Rt1,然后再用电烙铁作热源,靠近热敏电阻Rt,测出电阻值RT2,同时用温度计测出此时热敏电阻RT表面的平均温度t2再进行计算。这样所测试出的结果才是最精确的。

 

  热敏电阻的相关技术术语

  热敏电阻的作用与热敏电阻的检测,热敏电阻的相关技术术语

  1. 居里点

  “POSISTOR®”在达到某一温度前,电阻值是恒定的,一旦超过这一温度,电阻值也会急剧上升。这一电阻值的变化点成为“居里点 (也称为居里温度) ”,村田制作对其的定义是25℃时电阻值的2倍电阻值所处的温度。

  2. 温度补偿

  是由温度变化导致仪器、测量器等产生误差,经过特别设计对附属装置和电气电路进行补偿。对于会因温度变化而改变特性的元件而言,可以通过抑制温度变化进行工作。

  3. 突入电流

  在启动电子设备的开关电源时,流过超过额定电流值的大电流。

  4. 正温度系数热敏电阻

  我们称随温度上升,电阻也上升的特性为正温度系数,PTC热敏电阻的温度特性为正温度系数。因此我们称它为正温度系数热敏电阻。

  5. 负温度系数热敏电阻

  我们称随温度上升,电阻减小的特性为负温度系数,NTC热敏电阻的温度特性为负温度系数。因此NTC热敏电阻为负温度系数热敏电阻。

  6. B常数

  使用在规定的周围温度2点处的电阻值,根据下面公式计算出表示电阻变化的常数。

  B=ln (R/R0) / (1/T-1/T0)

  R: 周围温度为T (K) 时的电阻值 R0: 周围温度为T0 (K) 时的电阻值

  7. 最大工作电压

  是指在工作温度范围内,平时可对POSISTOR®施加的最大电压。

  8. 耐电压

  在25℃的静止空气中施加三分钟也能承受的电压为耐电压。施加电压采用从0V开始,缓慢上升至耐电压的上升方法。

  9. 热放散系数 (D)

  是指发热体和周围温度的温度差为1℃时,单位时间内损失的热量。

  W=I?V=D (T-T0)

  T: 发热体温度

  T0: 周围温度

  D. : 热发散系数 (W/°C)

  此数值通常由发热体本身的尺寸、结构及材质所决定。

  10. 热时间常数 (γsec)

  POSISTOR®周围温度从T0瞬间移动至T1时,温度差的0.632倍为时间。一般由热放散系数 (W/℃) 和热容量H (W?sec/℃) 表示γ=H/D。这与动特性相关。

  11. 发热工作点

  POSISTOR®自身发热与向外部发热呈平衡状态的工作点。

  12. 电流保护

  根据POSISTOR®的电流电压特性,电流的极大点称为电流保护。

  13. 电流保护变动范围

  POSISTOR®的电流保护随周围温度、电阻值、温度特性、形状等改变。超过电流保护上限的电流领域为工作领域,低于下限的电流领域为不工作电流领域,上下限间的电流领域称为电流保护变动范围。

  14. 工作时间

  工作时间为流经POSISTOR®的突入电流减少至1/2所需的时间。

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( 发表人:王增涛 )

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