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閱讀：53發(fā)布時間：2025-1-24
什么是NTC熱敏電阻？
NTC 代表“負溫度系數(shù)”。NTC熱敏電阻是具有負溫度系數(shù)的電阻，即電阻隨溫度升高而減小。它們主要用作電阻溫度傳感器和限流裝置。溫度靈敏度系數(shù)比硅溫度傳感器（silistors）大五倍左右，比電阻溫度檢測器（RTD）大十倍左右。NTC 傳感器通常在 -55 至 +200 °C 的范圍內(nèi)使用。
NTC 電阻器表現(xiàn)出的電阻與溫度關系的非線性對使用模擬電路準確測量溫度提出了很大的挑戰(zhàn)。然而，數(shù)字電路的快速發(fā)展通過內(nèi)插查找表或求解近似典型 NTC 曲線的方程來計算精確值，從而解決了這個問題。
NTC熱敏電阻定義
NTC 熱敏電阻器是一種熱敏電阻器，隨著電阻器的核心溫度在工作溫度范圍內(nèi)升高，其電阻會呈現(xiàn)出大量、精確且可預測的下降。
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致不同的溫度響應以及其他不同的性能特征。
溫度響應
大多數(shù) NTC 熱敏電阻通常適合在 -55 至 200 °C 的溫度范圍內(nèi)使用，在那里它們會提供確的讀數(shù)。有一些特殊的 NTC 熱敏電阻系列可以在接近零 (-273.15 °C) 的溫度下使用，也有專門設計用于 150 °C 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“每度 K 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%/°C。
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 仍然是最準確的傳感器，其精度為測量溫度的 ±0.5%，并且它們在 -200 至 800 °C 的溫度范圍內(nèi)非常有用，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、更強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熱敏電阻的精度與熱電偶相似。然而，熱電偶可以承受非常高的溫度（大約 600 °C），并在這些應用中代替 NTC 熱敏電阻使用。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。由于不需要處理 RTD 時經(jīng)常需要的信號調(diào)理電路（放大器、電平轉(zhuǎn)換器等），而熱電偶總是需要這些電路，因此成本進一步降低。
自熱效應
自熱效應是一種只要有電流流過 NTC 熱敏電阻就會發(fā)生的現(xiàn)象。由于熱敏電阻基本上是一個電阻器，當有電流流過時，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)生并影響測量的精度。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 傳感器上是否有任何流動等）、熱敏電阻的溫度系數(shù)、熱敏電阻的總地區(qū)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°C 所需的熱量，通常以 mJ/°C 表示。當使用 NTC 熱敏電阻傳感器作為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 溫度傳感器的響應速度。
曲線選擇與計算
熱敏電阻的選擇過程必須考慮到熱敏電阻的耗散常數(shù)、熱時間常數(shù)、電阻值、電阻-溫度曲線和公差等最重要的因素。
由于電阻和溫度之間的關系（RT 曲線）是高度非線性的，因此在實際系統(tǒng)設計中必須使用某些近似值。
一階近似
一個近似，也是的使用，是一階近似，它指出：
ΔR=k⋅ΔT
其中k為負溫度系數(shù)，ΔT為溫差，ΔR為溫度變化引起的電阻變化。這種一階近似僅適用于非常窄的溫度范圍，并且只能用于k在整個溫度范圍內(nèi)幾乎恒定的溫度。
測試公式
另一個方程給出了令人滿意的結果，在 0 到 +100°C 的范圍內(nèi)精確到 ±1°C。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：
其中R(T)是溫度T下的電阻，單位為開爾文，R(T 0 )是溫度T 0下的參考點。Beta 公式需要兩點校準，并且在 NTC 熱敏電阻的整個可用范圍內(nèi)，其精度通常不超過 ±5 °C。
斯坦哈特-哈特方程
迄今為止已知的近似值是 Steinhart-Hart 公式，發(fā)表于 1968 年：
其中 ln R是開爾文溫度T下電阻的自然對數(shù)，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商作為數(shù)據(jù)表的一部分發(fā)布。Steinhart-Hart 公式通常在 -50 至 +150 °C 的范圍內(nèi)精確到 ±0.15 °C 左右，這對于大多數(shù)應用來說已經(jīng)足夠了。如果需要更高的精度，則必須減小溫度范圍，并且可以在 0 到 +100 °C 的范圍內(nèi)實現(xiàn)優(yōu)于 ±0.01 °C 的精度。
選擇正確的近似值
用于從電阻測量得出溫度的公式的選擇需要基于可用的計算能力以及實際容差要求。在某些應用中，一階近似就足夠了，而在其他應用中，甚至 Steinhart-Hart 方程都不能滿足要求，并且必須逐點校準熱敏電阻，進行大量測量并創(chuàng)建查找表.
NTC熱敏電阻的結構和特性
通常用于制造 NTC 電阻器的材料是鉑、鎳、鈷、鐵和硅的氧化物，用作純元素或用作陶瓷和聚合物。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到陶瓷體中的鉑合金引線制成。它們通常提供快速響應時間、更好的穩(wěn)定性并允許在比磁盤和芯片 NTC 傳感器更高的溫度下運行，但它們更脆弱。通常將它們密封在玻璃中，以保護它們在組裝過程中免受機械損壞并提高其測量穩(wěn)定性。典型尺寸范圍為直徑 0.075 – 5 毫米。
盤式熱敏電阻
盤式熱敏電阻這些 NTC 熱敏電阻具有金屬化表面觸點。它們比珠型 NTC 電阻器更大，因此反應時間更慢。然而，由于它們的尺寸，它們具有更高的耗散常數(shù)（將溫度升高 1°C 所需的功率）。由于熱敏電阻耗散的功率與電流的平方成正比，因此它們可以比珠型熱敏電阻更好地處理更高的電流。圓盤型熱敏電阻是通過將氧化物粉末的混合物壓入圓形模具，然后在高溫下燒結制成的。芯片通常通過流延工藝制造，其中將材料漿作為厚膜展開，干燥并切割成形狀。典型尺寸范圍為直徑 0.25 至 25 毫米。
玻璃封裝的 NTC 熱敏電阻
這些是密??封在密封玻璃泡中的 NTC 溫度傳感器。它們設計用于 150 °C 以上的溫度，或用于印刷電路板安裝，其中堅固性是必須的。將熱敏電阻封裝在玻璃中可提高傳感器的穩(wěn)定性并保護傳感器免受環(huán)境影響。它們是通過將珠型 NTC 電阻器密封在玻璃容器中制成的。典型尺寸范圍為直徑 0.4 至 10 毫米。
典型應用
NTC 熱敏電阻用于廣泛的應用。它們用于測量溫度、控制溫度和補償溫度。它們還可用于檢測液體是否存在，作為電源電路中的限流裝置，用于汽車應用中的溫度監(jiān)控，以及更多應用。根據(jù)應用中利用的電氣特性，NTC 傳感器可分為三組。
電阻溫度特性
基于電阻溫度特性的應用包括溫度測量、控制和補償。這些還包括使用 NTC 熱敏電阻以便 NTC 溫度傳感器的溫度與一些其他物理現(xiàn)象相關的情況。這組應用要求熱敏電阻在零功率條件下運行，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-時間特性的應用包括：時間延遲、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。該電路通常依賴于 NTC 熱敏電阻由于通過它的電流而升溫。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用。
電壓-電流特性
基于熱敏電阻電壓-電流特性的應用通常涉及環(huán)境條件或電路變化的變化，這會導致電路中給定曲線上的工作點發(fā)生變化。根據(jù)應用，這可用于限流、溫度補償或溫度測量。
NTC熱敏電阻符號
根據(jù) IEC 標準，以下符號用于負溫度系數(shù)熱敏電阻。
NTC熱敏電阻（IEC標準）
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