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NTC熱敏電阻的應(yīng)用

發(fā)布時間:2019-04-12 責任編輯:wenwei

【導讀】NTC通常是由錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鐵(Fe)等兩種或兩種以上高純度金屬氧化物材料經(jīng)混合、成型、燒結(jié)等工藝制成的接近理論密度(4.8g/cm3)結(jié)構(gòu)的半導體電子陶瓷。
 
NTC熱敏電阻是一種隨著溫度的變化其電阻阻值呈相反趨勢變化,且變化率極大的半導體電阻器。通常熱敏電阻可用在溫度檢測、溫度補償、防浪涌等場合。
 
NTC熱敏電阻的阻值(RT)與熱力學溫度(T)的典型關(guān)系曲線如下圖所示,可見隨著溫度的升高,RT迅速減小。
 
NTC熱敏電阻的應(yīng)用
圖1 NTC特性曲線
 
上述關(guān)系可采用下式的指數(shù)關(guān)系表示:
 
NTC熱敏電阻的應(yīng)用
 
其中,式中RT0為熱敏電阻在溫度T0(熱力學溫度)下的阻值,B為熱敏指數(shù),與熱敏電阻的半導體材料和加工工藝有關(guān)。
 
1. 溫度傳感器及非線性校正
 
NTC熱敏電阻是一類在工業(yè)測溫領(lǐng)域應(yīng)用相當廣泛的溫度傳感器。與半導體集成溫度傳感器相比,NTC熱敏電阻具有測溫范圍寬、使用方便、價格低廉等特點;與鉑熱電阻或熱電偶相比,NTC熱敏電阻具有靈敏度高、電路簡單、價格低廉的特點。
 
熱敏電阻的溫度測量范圍可達-100℃~500℃,其靈敏度可達-44000ppm/℃(25℃時),其實際使用尺寸十分靈活,可小至0.01英寸或更小的直徑,最大幾乎沒有限制。額定室溫電阻取決于其半導體材料、大小、形狀以及電極的接觸面積,厚而窄的熱敏電阻具有相對較高的阻值,而形狀薄而寬的則具有較低的阻值。
 
由于用作溫度傳感器時,通常需要較好的線性度。但熱敏電阻的阻值與溫度之間呈指數(shù)關(guān)系變化,在較大溫度范圍內(nèi),阻值與溫度的關(guān)系具有比較嚴重的非線性。此時,進行非線性較正會取得較好的效果。
 
NTC熱敏電阻的應(yīng)用
圖2 NTC溫度傳感電路
 
通常采用的NTC熱敏電阻非線性校正的方式是采用一個溫度系數(shù)較小的固定電阻與NTC熱敏電阻并聯(lián),這種方法簡單易用且校正效果較好,它具有將NTC熱敏電阻曲線冷端向下拉的作用。
 
NTC熱敏電阻的應(yīng)用
圖3 NTC熱敏電阻非線性校正
 
圖3表示熱敏電阻本身的溫度特性曲線及并聯(lián)電阻進行校正后的溫度特性曲線。兩個電阻并聯(lián)時,較低電阻值的作用更大,在冷端(接近T1)熱敏電阻值阻值較高,并聯(lián)固定電阻起主要作用,熱敏電阻自身較陡峭的阻值變化(大溫度系數(shù))由于固定電阻的作用而變得相對平坦;而熱端(接近T4),熱敏電阻相對于固定電阻阻值較低,因此熱敏電阻的阻值變化作用明顯。對于并聯(lián)校正采用的固定電阻阻值可采用下式確定:
 
NTC熱敏電阻的應(yīng)用
 
式中RT1為測溫范圍內(nèi)最低溫度時熱敏電阻的阻值,RT3為溫度范圍內(nèi)最高溫度時的阻值,而RT2為溫度范圍內(nèi)的中間點時熱敏電阻阻值。
 
2. 防浪涌保護
 
NTC熱敏電阻的另一個非常廣泛的用途就是電源的防浪涌電流保護,示意圖如下圖所示。
 
NTC熱敏電阻的應(yīng)用
圖4  NTC防浪涌電流保護
 
由于在整流濾波電路中,為了避免電子電路開機瞬間由于容性負載充電而產(chǎn)生的瞬間浪涌電流,通常在電源電路中串接一個功率型的NTC熱敏電阻。這樣能夠有效的抵制開機時的浪涌電流,并且在完成抵制浪涌電流作用后,由于通過電流的持續(xù)作用,NTC熱敏電阻的阻值將下降到非常小的值,消耗功率很小可以忽略,不會對電路的正常工作造成影響。
 
所以在中小功率電源電路中,采用功率型NTC熱敏電阻器抵制開機浪涌電流的方法得到廣泛應(yīng)用。
 
功率型熱敏電阻的主要參數(shù)有:最大穩(wěn)態(tài)電流、R25阻值、耗散系數(shù)、B值等。
 
最大穩(wěn)態(tài)電流:是指熱敏電阻在25℃環(huán)境溫度下允許施加在熱敏電阻上的最大持續(xù)電流值。這個值必須高于實際電路中熱敏電阻工作電流值。
 
R25阻值:是指熱敏電阻的設(shè)計阻值,即25℃下的零功率電阻值(通常阻值精度在20%左右)。這個值可以表示熱敏電阻的在啟機瞬間的限流能力。
 
B值:是熱敏系數(shù),為兩個溫度下零功率電阻值的自然對數(shù)之差與這兩個溫度的倒數(shù)之差的比值,熱敏電阻溫度特性公式如下:
 
NTC熱敏電阻的應(yīng)用
 
B值越大,殘留電阻越小,工作溫升也就越小。
 
耗散系數(shù):是指在規(guī)定環(huán)境溫度下,器件本身耗散功率變化與相應(yīng)溫度變化的比值。
 
熱時間常數(shù):在零功率狀態(tài)下,當環(huán)境溫度突變時,電阻體溫度由起始溫度變化到最終溫度的63.2%時所需的時間。
 
一般熱時間常數(shù)與耗散系數(shù)乘積越大,熱敏電阻的熱容量越大,抵制浪涌電流的能力也就越強。工作溫升也就越小。
 
通過以上可以知道,NTC熱敏電阻的阻值對溫度非常敏感,可靈活應(yīng)用NTC熱敏電阻的特性到實踐中去。為了防浪涌電流對電路的沖擊時,可以選擇功率型NTC熱敏電阻,為了作溫度補償或者溫度偵測時,可以選擇感溫型NTC熱敏電阻。 
 
 
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