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热敏电阻主要作用,热敏电阻的基本参数

来源:电工天下   编辑:小电工发布时间:2020-01-04 15:53:52

有关热敏电阻的主要作用及基本参数,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,热敏电阻的基本参数说明。

热敏电阻

热敏电阻包括正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)热敏电阻。

随着温度慢慢升高时,热敏电阻的阻值会逐渐变大,温度慢慢降低时,阻值随之变小;故此,利用热敏电阻对温度的敏感特性,在电路中可以用来作为测量温度的传感器件。

热敏电阻的主要特点

①灵敏度较高,其电阻温度系数要比金属大10~100倍以上;热敏电阻的主要作用及基本参数

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,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。

一、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。热敏电阻的主要作用及基本参数

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。热敏电阻主要作用,热敏电阻的基本参数

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.

二、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.

附1,热敏电阻的基本参数

零功率电阻,是指在某一温度下测量PTC热敏电阻值时,加在PTC热敏电阻上的功耗极低,低到因其功耗引起的PTC热敏电阻的阻值变化可以忽略不计。

额定零功率电阻指环境温度25℃条件下测得的零功率电阻值。热敏电阻主要作用,热敏电阻的基本参数

1、居里温度 Tc

对于PTC热敏电阻的应用来说,电阻值开始陡峭地增高时的温度是重要的,将其定义为居里温度。居里温度对应的PTC热敏电阻的电阻 RTc = 2*Rmin。

2、温度系数 α

PTC热敏电阻的温度系数定义为温度变化导致的电阻的相对变化。

温度系数越大, PTC热敏电阻对温度变化的反应越灵敏。 α = (lgR2-lgR1)/lge(T2-T1)

3、额定电压 VN

额定电压是在最大工作电压Vmax以下的供电电压。通常 Vmax = VN + 15%

4、击穿电压 VD

击穿电压是指PTC热敏电阻最高的电压承受能力。PTC热敏电阻在击穿电压以上时将会击穿失效。

5、表面温度 Tsurf

表面温度Tsurf是指当PTC热敏电阻在规定的电压下并且与周围环境间处于热平衡状态已达较长时间时,PTC热敏电阻表面的温度。

6、动作电流 Ik

流过PTC热敏电阻的电流,足以使PTC热敏电阻自热温升超过居里温度,这样的电流称为动作电流。 动作电流的最小值称为最小动作电流。

7、不动作电流 INk

流过PTC热敏电阻的电流,不足以使PTC热敏电阻自热温升超过居里温度, 这样的电流称为不动作电流。不动作电流的最大值称为最大不动作电流.

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