具有负温度系数NTC热敏电阻概述

电子工程师 2010-11-29 4114

电子常识

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描述

NTC热敏电阻是指具有负温度系数的热敏电阻。是使用单一高纯度材料、具有接近理论密度结构的高性能陶瓷。因此，在实现小型化的同时，还具有电阻值、温度特性波动小、对各种温度变化响应快的特点，可进行高灵敏度、高精度的检测。本公司提供各种形状、特性的小型、高可靠性产品，可满足广大客户的应用需求。

NTC负温度系数热敏电阻工作原理

NTC是Negative Temperature Coefficient 的缩写,意思是负的温度系数,泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件，所谓NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在10O~1000000欧姆，温度系数-2%~-6.5%。NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。

RN ：在额定温度 TN （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值。
T ：规定温度（ K ）。
B ： NTC 热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。
exp ：以自然数 e 为底的指数（ e = 2.71828 …）。

RT2 ：温度 T2 （ K ）时的零功率电阻值。
T1， T2 ：两个被指定的温度（ K ）。

RT ：温度 T （ K ）时的零功率电阻值。
T ：温度（ T ）。
B ：材料常数。

△ P ： NTC 热敏电阻消耗的功率（ mW ）。
△ T ： NTC 热敏电阻消耗功率△ P 时，电阻体相应的温度变化（ K ）。

C： NTC 热敏电阻的热容量。
δ： NTC 热敏电阻的耗散系数。

一般要求阻值变化大于0.1%，则这时的测量功率Pm为：

RT：温度T时零功率电阻值。
A：与热敏电阻器材料物理特性及几何尺寸有关的系数。　
B：B值。
T：温度（k）。
更精确的表达式为：

　　　T：为绝对温度值，K；
　　　A、B、C、D：为特定的常数。

热敏电阻的基本特性

电阻－温度特性

(式1) R=Ro exp {B(I/T-I/To)}

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

但实际上，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。

(式2) BT=CT2+DT+E

上式中，C、D、E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C、D 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C、D、E的计算
常数C、D、E可由4点的(温度、电阻值)数据 (T0, R0). (T1, R1). (T2, R2) and (T3, R3)，通过式3～6计算。
首先由式样3根据T0和T1,T2,T3的电阻值求出B1,B2,B3,然后代入以下各式样。

敏电阻

• 电阻值计算例

To=25+273.15 T1=10+273.15 T2=20+273.15 T3=30+273.15

*T : 10+273.15～30+273.15

• 电阻－温度特性图如图1所示
敏电阻

电阻温度系数

这里α前的负号(－)，表示当温度上升时零负载电阻降低。

散热系数 (JIS-C2570)

在热平衡状态下，热敏电阻的温度T1、环境温度T2及消耗功率P之间关系如下式所示。

产品目录记载值为下列测定条件下的典型值。

(1)	25°C静止空气中。
(2)	轴向引脚、经向引脚型在出厂状态下测定。

额定功率(JIS-C2570)

产品目录记载值是以25°C为额定环境温度、由下式计算出的值。

(式) 额定功率=散热系数×（最高使用温度－25）

最大运行功率

这是使用热敏电阻进行温度检测或温度补偿时，自身发热产生的温度上升容许值所对应功率。(JIS中未定义。)容许温度上升t°C时，最大运行功率可由下式计算。

应环境温度变化的热响应时间常数(JIS-C2570)

热敏电阻的环境温度从T1变为T2时，经过时间t与热敏电阻的温度T之间存在以下关系。

T=	(T1-T2)exp(-t/τ)+T2......(3.1)
	(T2-T1){1-exp(-t/τ)}+T1.....(3.2)

常数τ称热响应时间常数。
上式中，若令t=τ时，则(T-T1)/(T2-T1)=0.632。

换言之，如上面的定义所述，热敏电阻产生初始温度差63.2%的温度变化所需的时间即为热响应时间常数。

经过时间与热敏电阻温度变化率的关系如下表所示。

产品目录记录值为下列测定条件下的典型值。

(1)	静止空气中环境温度从50°C至25°C变化时，热敏电阻的温度变化至34.2°C所需时间。
(2)	轴向引脚、径向引脚型在出厂状态下测定。