热敏电阻介绍 热敏电阻( Thermistor )是一种传感器电阻,其电阻值随着温度的变化而变化,其体积随温度的变化比一般的固定电阻要大很多。组成热敏电阻的材料一般是陶瓷或聚合物,在有限的温度范围内能实现较高的精度,通常是 -90 ℃ ~130 ℃。和热敏电阻类似的有使用纯金属( RTD )制作的电阻温度计,适用于较大的温度范围。 假设温度和电阻的变化为线性,热敏电阻和温度之间有关系式: ∆ R=K ∆ T 其中, K 称为温度系数,热敏电阻根据温度系数 K 分为两类: K 为正值,电阻值随着温度的升高而增大,称为正温度系数热敏电阻( PTC ); K 为负值,电阻值随着温度的升高而减小,称为负温度系数热敏电阻( NTC ); 注意:对于热敏电阻而言, K 一般不是固定的值,温度和电阻值之间呈现非线性。而 RTD 温度和电阻值之间呈现线性。 由于实际条件下, ∆ R ,∆ T 是非线性的,所有很少用温度系数 K 来描述热敏电阻的性能,而是使用电阻温度系数来 aT 描述,定义如下: 这个公式反应电阻随温度的变化率,电阻温度系数越大,说明热敏电阻对温度越敏感,能感知到热量的变化越明显。 根据上述原理,热敏电阻主要有以下 6 种使用场合: 1. 过液面控制 2. 温度测量 3. 温度补偿 4. 温度限制 5. 温度保护 6. 过热保护 负温度系数( NTC )电阻 NTC 是 NegaTIve Temperature Coefficent 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( Mn )、钴( Co )、镍( Ni )、铝( Al )、锌( Zn )等两种或者两种以上高纯度金属氧化物为主要材料, 经共同沉淀或水热法合成的纳米粉体材料,后经球磨充分混合、静压成型、高温烧结、半导体切片、划片、玻封烧结或环氧包封等封结工艺制成的,接近理论密度结构的,半导体电子陶瓷材料。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。 它具有电阻值随着温度的变化而相应变化的特性。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 100~1500000 欧姆,温度系数 -2%~-5% 。外观形状一般有引线型、片状型等,如下图所示。 根据前面的介绍, NTC 电阻的特性是温度系数 K 为负,即温度升高,电阻值减小。 由上面的曲线可知,如果知道 NTC 电阻的阻值,就能计算出当前的温度。计算方法如下 其中, T 是温度,单位为 K , R0 是周围温度为 T0 (K) 时的电阻值, B 为常数。 B 常数随温度变化,反应了热敏电阻的电阻值变化倾向,通常称为材料 B 值。影响 B 值的因素有: 材料成分比例、烧结温度、烧结气氛和结构 下面以 MF52A 热敏电阻为例,来说明 B 常数, 从 MF52A 的手册中可以看出,在 25~50 ℃和 25~85 ℃两个不同的温度范围内, NTC 电阻的 B 值是不一样的。这就提醒在使用热敏电阻做温度传感器时,需要注意测温范围和 B 值的确定。 应用举例 具有负温度系数特征的热敏电阻具有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、成本低等特点, 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。 热敏电阻用于防浪涌 热敏电阻在开关电源输入电路中应用也比较多,主要是用来防止开机浪涌大电流对系统造成破坏。常温时,热敏电阻的阻值是 K Ω级,电源接通后,流过热敏电阻的电流产生热量,温度上升,阻值下降;电源稳定时,热敏电阻的阻值降为了几Ω甚至更低,因此,不会消耗太多的能量。 当然,如果连续快速的多次上下电, NTC 电阻也无法启到防浪涌的目的。 热敏电阻用于温度监测 锂离子电池的接口一般有三根线,分别为:正,负, NTC 。在锂电池内部搭载的 NTC 热敏电阻就是用来监控电池正常使用过程中以及充电时的温度。电池温度上升时, NTC 热敏电阻温度也会随之上升,从而电阻值会下降,当超过上限充电温度时,充电控制 IC 将会停止充电。如果设备要进行销售到国外的安规认证,有些文件中明确指出,锂电子组必须带有 NTC 温度监测才行。 总结 热敏电阻具有阻值和温度之间呈相关性的特点,广泛用于各种电子设备中。在使用热敏电阻时,需要考虑是选择 PTC 还是选择 NTC 。由于温度和阻值之前呈现非线性的特点,如果用在精确测温时,往往需要考虑到它自身的 B 值,以及线性拟合的方法。 关注公众号“优特美尔商城”,获取更多电子元器件知识、电路讲解、型号资料、电子资讯,欢迎留言讨论。