热敏电阻

中文名称:热敏电阻
英文名称:thermistor
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。
简介
 
 
热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件.热敏电阻由半导体陶瓷材料组成,、
 
 
热敏电阻
利用的原理是温度引起电阻变化.若电子和空穴的浓度分别为np,迁移率分别为μnμp,则半导体的电导为:
  σ=qnμn+pito粉μp
  因为npμnμp都是依赖温度T的函数,所以电导是温度的函数,因此可由测量电导而推算出温度的高低,并能做出电阻-温度特性曲线.这就是半导体热敏电阻的工作原理.
  热敏电阻包括正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)热敏电阻,以及临界温度热敏电阻CTR)。
特点
  热敏电阻的主要特点是:灵敏度较高,其电阻温度系数要比金属大10100倍以上,能检测出10-6℃的温度变化;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℃;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;使用方便,电阻值可在0.1100kΩ间任意选择;易加工成复杂的形状,可大批量生产;稳定性好、过载能力强。
工作原理
  热敏电阻将长期处于不动作状态;当环境温度和电流处于c区时,热敏电阻的散热功率与发热功率接近,因而可能双面斜纹布
 
 
热敏电阻
动作也可能不动作。热敏电阻在环境温度相同时,动作时间随着电流的增加而急剧缩短;热敏电阻在环境温度相对较高时具有更短的动作时间和较小的维持电流及动作电流 1ptc效应是一种材料具有ptc(positive temperature coefficient)效应,即正温度系数效应,仅指此材料的电阻会随温度的升高而增加。如大多数金属材料都具有ptc效应。在这些材料中,ptc效应表现为电阻随温度增加而线性增加,这就是通常所说的线性ptc效应。
  2、非线性ptc效应 经过相变的材料会呈现出电阻沿狭窄温度范围内急剧增加几个至十几个数量级的现象,即非线性ptc效应,相当多种类型的导电聚合体会呈现出这种效应,如高分子ptc热敏电阻。这些导电聚合体对于制造过电流保护装置来说非常有用。
  3、高分子ptc热敏电阻用于过流保护 高分子ptc热敏电阻又经常被人们称为自恢复粽子机保险丝(下面简称为热敏电阻),由于具有独特的正温度系数电阻特性,因而极为适合用作过流
保护器件。热敏电阻的使用方法象普通保险丝一样,是串联在电路中使用。
 
 
热敏电阻
当电路正常工作时,热敏电阻温度与室温相近、电阻很小,串联在电路中不会阻碍电流通过;而当电路因故障而出现过电流时,热敏电阻由于发热功率增加导致温度上升,当温度超过开关温度(ts,见图1)时,电阻瞬间会剧增,回路中的电流迅速减小到安全值.为热敏电阻对交流电路保护过程中电流的变化示意图。热敏电阻动作后,电路中电流有了大幅度的降低,图中t为热敏电阻的动作时间。由于高分子ptc热敏电阻的可设计性好,可通过改变自身的开关温度(ts)来调节其对温度的敏感程度,因而可同时起到过温保护和过流保
护两种作用,如kt161700dl规格热敏电阻由于动作温度很低,因而适用于锂离子电池和镍氢电池的过流及过温保护。环境温度对高分子ptc热敏电阻的影响 高分子ptc热敏电阻是一种直热式、阶跃型热敏电阻,其电阻变化过程与自身的发热和散热情况有关,因而其维持电流(ihold)、动作电流(itrip)及动作时间受环境温度影响。当环境温度和电流处于a区时,热敏电阻发热功率大于散热功率而会动作;当环境温度和电流处于b区时发热功率小于散热功率,高分子ptc热敏电阻由于电阻可恢复,因而可以重复多次使用。图6为热敏电阻动作后,恢复过程中电阻随时间变化的示意图。电阻一般在十几秒到几十秒中即可恢复到初始值1.6倍左右的水平,此时热敏电阻的维持电流已经恢复到额定值,可以再次使用了。面积和厚度较小的热敏电阻恢复相对较快;而面积和厚度较大的热敏电阻恢复相对较。
基本特性
 
 
温度特性
热敏电阻的电阻-温度特性可近似地用下式表示:R=R0exp{B(1/T-1/T0)}R:温度T(K)时的电阻值、Ro:温度T0(K)时的电阻值、B:B值、*T(K)=t(ºC)+273.15 实际上,热敏电阻的B值并非是恒定的,其变化大小因材料构成而异,最大甚至可达5K/°C。因此在较大的温度范围内应用式1时,将与实测值之间存在一定误差。此处,若将式1中的B值用式2所示的作为温度的函数计算时,则可降低与实测值之间的误差,可认为近似相等。
  BT=CT2+DT+E,上式中,CDE为常数。另外,因生产条件不同造成的B值的波动会引起常数E发生变化,但常数CD不变。因此,在探讨B值的波动量时,只需考虑常数E即可。常数CDE的计算,常数CDE可由4点的(温度、电阻值)数据(T0,R0).(T1,R1).(T2,R2)and(T3,R3),通过式36计算。首先由式样3根据T0T1,T2,T3的电阻值求出B1,B2,B3,然后代入以下各式样。
  电阻值计算例:试根据电阻-温度特性表,求25°C时的电阻值为5(kΩ)B值偏差为50(K)的热敏电阻在10°C30°C的电阻值。步骤(1)根据电阻-温度特性表,求常数CDETo=25+273.15T1=10+273.15T2=20+273.15T3=30+273.15(2)代入BT=CT2+DT+E+50
BT(3)将数值代入R=5exp {(BT1/T-1/298.15)},求R*T:10+273.1530+273.15
技术参数
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热敏电阻
标称阻值Rc:一般指环境温度为25℃时热敏电阻器的实际电阻值。 ②实际阻值RT:在一定的温度条件下所测得的电阻值。
  材料常数:它是一个描述热敏电阻材料物理特性的参数,也是热灵敏度指标B值越大,表示热敏电阻器的灵敏度越高。应注意的是,在实际工作时,B值并非一个常数,而是随温度的升高略有增加。
  电阻温度系数αT:它表示温度变化1℃时的阻值变化率,单位为%/℃。
  时间常数τ:热敏电阻器是有热惯性的,时间常数,就是一个描述热敏电阻器热惯性的参数。它的定义为,在无功耗的状态下,当环境温度由一个特定温度向另一个特定温度突然改变时,热敏电阻体的温度变化了两个特定温度之差的63.2%所需的时间。τ越小,表明热敏电阻器的热惯性越小。
  额定功率PM:在规定的技术条件下,热敏电阻器长期连续负载所允许的耗散功率。在实际使用时不得超过额定功率。若热敏电阻器工作的环境温度超过 25℃,则必须相应降低其负载。
  额定工作电流IM:热敏电阻器在工作状态下规定的名义电流值。
  测量功率Pc:在规定的环境温度下,热敏电阻体受测试电流加热而引起的阻值变化不超
0.1%时所消耗的电功率。
 
 
热敏电阻
最大电压:对于NTC热敏电阻器,是指在规定的环境温度下,不便热敏电阻器弓起热失控所允许连续施加的最大直流电压;对于PTC热敏电阻器,是指在规定的环境温度和静止空气中,允许连续施加到热敏电阻器上并保证热敏电阻器正常工作在PCT特性部分的最大直流电压。 ⑩最高工作温度pvc瑜伽垫Tmax:在规定的技术条件下,热敏电阻器长期连续工作所允许的最高温度。
  开关温度tb:PCT热敏电阻器的电阻值开始发生跃增时的温度。
  耗散系数H:温度增加1℃时,热敏电阻器所耗散的功率,单位为mW/℃。
分类
PTC热敏电阻
 
 
热敏电阻
PTCPositive Temperature CoeffiCient)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BaTiO3SrTiO3P
bTiO3为主要成分的烧结体,其中掺入微量的NbTa Bi SbYLa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MnFeCuCr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,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.当温度低时,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
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.
  实验表明,在工作温度范围内,PTC热敏电阻的电阻-温度特性可近似用实验公式表示:
  RT=RT0 expBpT-T0宁码输入法)
 
 
热敏电阻
式中RTRT0表示温度为TT0时电阻值,Bp为该种材料的材料常数.
  PTC效应起源于陶瓷的粒界和粒界间析出相的性质,并随杂质种类、浓度、烧结条件等而
产生显著变化.最近,进入实用化的热敏电阻中有利用硅片的硅温度敏感元件,这是体型且精度高的PTC热敏电阻,由n型硅构成,因其中的杂质产生的电子散射随温度上升而增加,从而电阻增加.
  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.下面简介一例对加热器、马达、变压器、大功率晶体管等电器的加热和过热保护方面的应用。

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