1.什么是NTC熱敏電阻？

NTC**“負(fù)溫度系數(shù)”.NTC熱敏電阻是具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻器,這意味著電阻隨著溫度的升高而減小.它們主要用作電阻式溫度傳感器和限流裝置.溫度靈敏度系數(shù)大約是硅溫度傳感器（silistors）的五倍,大約是電阻溫度檢測器（RTD）的十倍.NTC傳感器通常在-55至+200℃的范圍內(nèi)使用.

NTC電阻器所表現(xiàn)出的電阻與溫度之間的非線性關(guān)系在使用模擬電路精確測量溫度時提出了很大的挑戰(zhàn).然而,數(shù)字電路的快速發(fā)展通過插入查找表或通過求解近似典型NTC曲線的方程來計算精確值,從而解決了該問題.

2.NTC熱敏電阻定義

NTC熱敏電阻是一種熱敏電阻,其電阻會隨著電阻的**溫度在工作溫度范圍內(nèi)的升高而大幅、精確且可預(yù)測地降低.

3.NTC熱敏電阻的特性

與由金屬制成的RTD（電阻溫度檢測器）不同,NTC熱敏電阻通常由陶瓷或聚合物制成.用于制造NTC熱敏電阻的不同材料會導(dǎo)致不同的溫度響應(yīng)以及其他不同的性能特征.

溫度響應(yīng)

大多數(shù)NTC熱敏電阻通常適用于-55至200℃的溫度范圍內(nèi),它們提供*精確的讀數(shù).有一些特殊的NTC熱敏電阻系列可以在接近**零(-273.15℃)的溫度下使用,也有專門設(shè)計用于150℃以上的溫度.

NTC傳感器的溫度靈敏度表示為“每攝氏度的百分比變化”或“每攝氏度的百分比變化”.根據(jù)所使用的材料和生產(chǎn)過程的具體情況,溫度靈敏度的典型值范圍為-3%至-6%/℃.

 

圖：特征NTC曲線

從圖中可以看出,與鉑合金RTD相比,NTC熱敏電阻具有更陡峭的電阻溫度斜率,這意味著更好的溫度敏感性.即便如此,RTD仍然是*精確的傳感器,其精度為測量溫度的±0.5%,并且它們在-200至800℃的溫度范圍內(nèi)有用,比NTC溫度傳感器的范圍更廣.

與其他溫度傳感器的比較

與RTD相比,NTC熱敏電阻具有更小的尺寸、更快的響應(yīng)、更高的抗沖擊和振動能力,而且成本更低.它們的精度略低于RTD.NTC熱敏電阻的精度類似于熱電偶.然而,熱電偶可以承受非常高的溫度（大約600℃）,并且在這些應(yīng)用中使用,而不是NTC熱敏電阻.即便如此,NTC熱敏電阻在較低溫度下提供比熱電偶更高的靈敏度、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,并且使用的附加電路更少,因此總成本更低.由于不需要信號調(diào)理電路（放大器、電平轉(zhuǎn)換器等）,因此成本進(jìn)一步降低,這些電路在處理RTD時經(jīng)常需要,而熱電偶也總是需要這些電路.

自熱效應(yīng)

自熱效應(yīng)是每當(dāng)有電流流過NTC熱敏電阻時就會發(fā)生的現(xiàn)象.由于熱敏電阻基本上是一個電阻器,因此當(dāng)有電流流過它時,它會以熱量的形式耗散功率.這種熱量在熱敏電阻芯中產(chǎn)生并影響測量精度.發(fā)生這種情況的程度取決于流過的電流量、環(huán)境（是液體還是氣體、NTC傳感器上是否有流過等）、熱敏電阻的溫度系數(shù)、熱敏電阻的總面積等.NTC傳感器的電阻以及通過它的電流取決于環(huán)境這一事實通常用于液體存在檢測器,例如儲罐中的檢測器.

熱容量

熱容量表示將熱敏電阻的溫度提高1℃所需的熱量,通常以mJ/℃表示.在將NTC熱敏電阻傳感器用作浪涌電流限制裝置時,了解精確的熱容量非常重要,因為它定義了NTC溫度傳感器的響應(yīng)速度.

4.曲線選擇和計算

熱敏電阻的選擇過程必須注意熱敏電阻的耗散常數(shù)、熱時間常數(shù)、電阻值、電阻-溫度曲線和公差,這是*重要的因素.

由于電阻和溫度之間的關(guān)系（RT曲線）是高度非線性的,因此在實際系統(tǒng)設(shè)計中必須使用某些近似值.

一階近似

一階近似是*簡單的使用,它指出：

ΔR=k·ΔT

其中k是負(fù)溫度系數(shù),ΔT是溫差,ΔR是溫度變化引起的電阻變化.這種一階近似*適用于非常窄的溫度范圍,并且只能用于在整個溫度范圍內(nèi)k幾乎恒定的溫度.

β公式

另一個方程給出了令人滿意的結(jié)果,在0到+100℃的范圍內(nèi)精確到±1℃.它取決于可以通過測量獲得的單一材料常數(shù)β.方程可以寫成：

 

R(T)=R(T_0)·e^β(1T-1T_0)

其中R(T)是溫度T下的電阻,單位為開爾文,R(T0)是溫度T0下的參考點.β公式需要兩點校準(zhǔn),在NTC熱敏電阻的整個有用范圍內(nèi),它的準(zhǔn)確度通常不超過±5℃.

Steinhart-Hart方程

迄今為止已知的*佳近似值是1968年發(fā)表的Steinhart-Hart公式：

 

1T=A+B·ln(R)+C·(ln(R))^3

其中lnR是溫度T下的電阻的自然對數(shù),單位為開爾文,A、B和C是從實驗測量得出的系數(shù).這些系數(shù)通常由熱敏電阻供應(yīng)商作為數(shù)據(jù)表的一部分發(fā)布.Steinhart-Hart公式在-50至+150℃的范圍內(nèi)通常精確到±0.15℃左右,這對于大多數(shù)應(yīng)用來說已經(jīng)足夠了.如果需要更高的精度,則必須減小溫度范圍,并在0至+100℃范圍內(nèi)實現(xiàn)優(yōu)于±0.01℃的精度.

選擇正確的近似值

用于從電阻測量中導(dǎo)出溫度的公式的選擇需要基于可用的計算能力以及實際的公差要求.在某些應(yīng)用中,一階近似就足夠了,而在其他應(yīng)用中,甚至Steinhart-Hart方程都無法滿足要求,并且必須逐點校準(zhǔn)熱敏電阻,進(jìn)行大量測量并創(chuàng)建查找表.

5.NTC熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和特性

制造NTC電阻器的典型材料是鉑、鎳、鈷、鐵和硅的氧化物,用作純元素或陶瓷和聚合物.NTC熱敏電阻可根據(jù)使用的生產(chǎn)工藝分為三組.

珠狀熱敏電阻

 

這些NTC熱敏電阻由直接燒結(jié)到陶瓷體中的鉑合金引線制成.與盤式和芯片NTC傳感器相比,它們通常提供更快的響應(yīng)時間、更好的穩(wěn)定性并允許在更高的溫度下運(yùn)行,但它們更脆弱.通常將它們密封在玻璃中,以保護(hù)它們在組裝過程中免受機(jī)械損壞并提高它們的測量穩(wěn)定性.典型尺寸范圍為直徑0.075–5毫米.

盤式和芯片熱敏電阻

這些NTC熱敏電阻具有金屬化表面觸點.它們更大,因此反應(yīng)時間比珠型NTC電阻器慢.然而,由于它們的尺寸,它們具有更高的耗散常數(shù)（將它們的溫度升高1℃所需的功率）.由于熱敏電阻消耗的功率與電流的平方成正比,因此它們可以比磁珠型熱敏電阻更好地處理更高的電流.盤式熱敏電阻是通過將氧化物粉末混合物壓入圓形模具中,然后在高溫下燒結(jié)制成的.芯片通常通過流延工藝制造,其中材料漿料以厚膜的形式展開,干燥并切割成型.典型尺寸的直徑范圍為0.25至25毫米.

玻璃封裝NTC熱敏電阻

 

這些是密封在密封玻璃泡中的NTC溫度傳感器.它們設(shè)計用于高于150℃的溫度,或用于印刷電路板安裝,在這種情況下必須堅固耐用.將熱敏電阻封裝在玻璃中可提高傳感器的穩(wěn)定性并保護(hù)傳感器免受環(huán)境影響.它們是通過將珠型NTC電阻器密封到玻璃容器中制成的.典型尺寸的直徑范圍為0.4至10毫米.

6.典型應(yīng)用

NTC熱敏電阻用于**的應(yīng)用.它們用于測量溫度、控制溫度和補(bǔ)償溫度.它們還可用于檢測液體的存在或不存在,作為電源電路中的限流器件,用于汽車應(yīng)用中的溫度監(jiān)測,以及更多應(yīng)用.NTC傳感器可分為三組,具體取決于應(yīng)用中利用的電氣特性.

電阻溫度特性

基于電阻溫度特性的應(yīng)用包括溫度測量、控制和補(bǔ)償.這些還包括使用NTC熱敏電阻以使NTC溫度傳感器的溫度與其他一些物理現(xiàn)象相關(guān)的情況.這組應(yīng)用要求熱敏電阻在零功率條件下工作,這意味著通過它的電流保持盡可能低,以避免加熱探頭.

電流時間特性

基于電流時間特性的應(yīng)用包括：延時、浪涌電流限制、浪涌抑制等等.這些特性與所使用的NTC熱敏電阻的熱容量和耗散常數(shù)有關(guān).該電路通常依賴于NTC熱敏電阻由于電流通過而升溫.在某一時刻,它會觸發(fā)電路中的某種變化,具體取決于使用它的應(yīng)用.

電壓電流特性

基于熱敏電阻電壓-電流特性的應(yīng)用通常涉及環(huán)境條件或電路變化的變化,這些變化會導(dǎo)致電路中給定曲線上的工作點發(fā)生變化.根據(jù)應(yīng)用,這可用于電流限制、溫度補(bǔ)償或溫度測量.

7.NTC熱敏電阻符號

根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn),以下符號用于負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻.

NTC熱敏電阻（IEC標(biāo)準(zhǔn)）