NTC热敏电阻原理及应用

　　NTC热敏电阻是（shì）指具有负温度系数的（de）热敏电阻（zǔ）。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（xiàn）小型化的同时，还（hái）具有电阻值、温度特性波动小、对各种（zhǒng）温（wēn）度变化响应快（kuài）的特点，可（kě）进行高灵敏（mǐn）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（zú）广大（dà）客户（hù）的应用需求。

　　NTC负温度系（xì）数（shù）热敏电阻工作原理

　　NTC是（shì）NegativeTemperatureCoefficient的缩写,意思是负的温度系数,泛指负温（wēn）度系（xì）数很大的半导（dǎo）体材料或（huò）元器件，所谓NTC热敏电阻器就是负温（wēn）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（gōng）艺制造而成（chéng）的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因（yīn）为在（zài）导电方式上（shàng）完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧（yǎng）化物（wù）材料的（de）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（huà）范（fàn）围在10O~1000000欧姆（mǔ），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。

　　NTC负温度系数热敏电阻专业术语

　　零功率电阻值RT（Ω）

　　RT指在规定温（wēn）度（dù）T时，采用引起电阻值变化相对于总的测量误差来说可以忽（hū）略不计（jì）的测量功率测得的电阻值。

　　电阻值和温度变化的关系式为：

　　RT=RNexpB(1/T–1/TN)

　　RT：在（zài）温度T（K）时的NTC热敏电阻阻值。

　　RN：在额（é）定温（wēn）度TN（K）时的（de）NTC热敏电阻阻值。

　　T：规定温度（K）。

　　B：NTC热敏电阻的材（cái）料常数，又叫热敏（mǐn）指数。

　　exp：以自然数e为底（dǐ）的指数（e=2.71828…）。

　　该关系式是经验公式，只在额定温度TN或额（é）定电阻阻值RN的有限范围内才（cái）具有（yǒu）一定的精确度，因为材料常数B本身也（yě）是温度T的函数。

　　额定零功率电阻值R25（Ω）

　　根据国标（biāo）规定，额定零功率电阻（zǔ）值是NTC热敏电阻在基准温度25℃时测（cè）得的电阻值R25，这个电阻值就是NTC热敏电阻（zǔ）的标称电阻值。通（tōng）常所说（shuō）NTC热敏电阻多少阻值（zhí），亦指该值。

　　材料常数（热（rè）敏指数）B值（K）

　　B值被定（dìng）义为：

　　RT1：温度（dù）T1（K）时的零功率电阻值。

　　RT2：温度T2（K）时的零功率电阻值。

　　T1，T2：两个被指定的温度（K）。

　　对于常用的NTC热敏电阻，B值范围一般在2000K～6000K之间。

　　零功率电阻（zǔ）温度系数（αT）

　　在规定温度下，NTC热敏电（diàn）阻零动功率电阻值的相对变（biàn）化与引（yǐn）起该变化的温度（dù）变化值之（zhī）比（bǐ）值。

　　αT：温度T（K）时的零功率电阻温度系（xì）数。

　　RT：温（wēn）度（dù）T（K）时的零功率电阻值。

　　T：温度（T）。

　　B：材料常数。

　　耗散（sàn）系数（δ）

　　在规定环境（jìng）温度（dù）下，NTC热敏电阻耗散系数是电阻中耗散的功率变（biàn）化与电阻体相应的温度变化之比值。

　　δ：NTC热敏电阻（zǔ）耗散系数（shù），（mW/K）。

　　△P：NTC热敏电阻消耗的功（gōng）率（mW）。

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

　　热时间常数(τ)

　　在零功率条件下（xià），当温（wēn）度突变时，热敏电阻的温度变化了始未两个温度差的63.2%时所需的时间，热时间常数与NTC热敏电阻的（de）热（rè）容量成正比，与其耗散系数成反比。

　　τ：热时间常数（S）。

　　C：NTC热敏电阻的热（rè）容量。

　　δ：NTC热敏电阻的耗散系数。

　　额定功率Pn

　　在规（guī）定的技（jì）术（shù）条件下，热敏电阻器长期连续工（gōng）作所（suǒ）允许消耗的功率。在此功率下，电阻体（tǐ）自身温度不超过其最高工作温度。

　　最（zuì）高工作温度Tmax

　　在规定的（de）技术条件（jiàn）下，热（rè）敏电阻器能长期连续工作所允许的最高温度。即:

　　T0-环境温度。

　　测量功率Pm

　　热敏电阻在规定的环境温度下，阻体受测量（liàng）电流加热引起的阻值变化相对于总的测量误差来说可以忽略不计时所消耗的功率。

　　一般要求阻值变化大于0.1%，则这时的测量（liàng）功率Pm为：

　　电阻温度特性

　　NTC热敏电阻的温度（dù）特性可用下式近似表示：

　　式中：

　　RT：温度T时零功（gōng）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：

　　式中（zhōng）：RT：热敏电阻器在温度T时的零功率电阻值。

　　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－温度特性热敏电（diàn）阻的电阻－温度特性可近似地用式1表（biǎo）示。

　　(式1)R=Roexp{B(I/T-I/To)}

　　R

　　   

　　:温度（dù）T(K)时（shí）的电阻（zǔ）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（zǔ）的B值并非是恒定的，其变化大小因材料（liào）构成而异，最大甚至（zhì）可达5K/°C。因此在较大的温度范围内应用式1时，将（jiāng）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（kě）降低与实测值之间的误差，可认为（wéi）近似（sì）相等。

　　(式2)BT=CT2+DT+E

　　上式中（zhōng），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（lǜ）常数E即可。

　　•常数C、D、E的计算

　　常（cháng）数C、D、E可由4点的(温度、电阻值)数据（jù）(T0,R0).(T1,R1).(T2,R2)and(T3,R3)，通过式3～6计算。

　　首先由式样3根（gēn）据T0和T1,T2,T3的电阻值求（qiú）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（qiú）25°C时的电阻值为（wéi）5(kΩ)，B值偏差为50(K)的热（rè）敏电阻在10°C～30°C的电（diàn）阻值。

　　•步骤

　　(1)根（gēn）据电阻－温度特性表，求常数C、D、E。

　　To=25+273.15T1=10+273.15T2=20+273.15T3=30+273.15(2)代入BT=CT2+DT+E+50，求BT。

　　(3)将数值代入R=5exp{(BTI/T-I/298.15)}，求R。

　　*T:10+273.15～30+273.15

　　•电阻－温度特性图如（rú）图1所示

　　电阻（zǔ）温度系数所谓电阻温度系数(α)，是（shì）指在任意温度下温度变化1°C(K)时的零负载电（diàn）阻变化率。电阻温度系数(α)与B值的（de）关系，可将式1微分得到。

　　这（zhè）里α前的负（fù）号（hào）(－)，表示当温度上升时零负载电阻降低。

　　散热系数（shù）(JIS-C2570)散热系（xì）数(δ)是指在热平衡状态（tài）下，热敏电阻元件通过自身发热使其温度上（shàng）升1°C时所需的（de）功率。

　　在（zài）热平衡状态（tài）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（shì）所示。

　　产品目录记载值为下列测定条件下的（de）典型值。

　　(1)

　　   

　　25°C静止空（kōng）气中。

　　(2)

　　   

　　轴（zhóu）向引脚、经（jīng）向引（yǐn）脚（jiǎo）型在出厂状态下测定。

　　额（é）定功率(JIS-C2570)在额定环境温度下，可连续负载运行的（de）功（gōng）率最大（dà）值。

　　产品目录记载值是以25°C为额定环境温度、由下式（shì）计算（suàn）出的值。

　　(式)额定功率=散热（rè）系数×（最高使（shǐ）用温度－25）

　　最大运行功率最大运（yùn）行功率=t×散热系数…(3.3)

　　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（shàng）升t°C时，最大运行功率可由下式计算。

　　应（yīng）环境温度变化的热响应时间常数(JIS-C2570)指在零负载（zǎi）状态下，当热敏电阻（zǔ）的环境（jìng）温度发生急剧变化时，热敏电阻元件产生最初温度与最（zuì）终（zhōng）温度两者温度差的63.2%的（de）温度变化所需的时间。

　　热敏电阻的环境温度从T1变（biàn）为T2时，经过时间（jiān）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（jiān）常（cháng）数。

　　上式中（zhōng），若令t=τ时（shí），则(T-T1)/(T2-T1)=0.632。

　　换言之，如上面的定义所述（shù），热敏电阻产生初始温度差（chà）63.2%的温（wēn）度变化（huà）所需的时间即为（wéi）热响应（yīng）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（zhí）为下列测定条件下的典型值。

　　(1)

　　   

　　静止（zhǐ）空气中环境温度从50°C至（zhì）25°C变化时，热敏电（diàn）阻（zǔ）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（chǎng）状态下（xià）测定。

　　另外应注（zhù）意，散热系（xì）数、热响应时间常（cháng）数随环（huán）境温度、组装条件而变化。

　　NTC负（fù）温度系数热敏电（diàn）阻R-T特性

　　B值相（xiàng）同，阻值不同的R-T特性曲（qǔ）线示意图

　　相同阻（zǔ）值，不同B值的NTC热敏电阻R-T特性曲线示（shì）意图

　　温度测（cè）量、控制用NTC热（rè）敏电（diàn）阻器

　　外形结构

　　环氧封（fēng）装系列NTC热敏电阻

　　玻璃封装系列NTC热敏电阻

　　应用（yòng）电（diàn）路原理图

　　温（wēn）度测量（惠斯登电桥电路）

　　温度控制

　　应用设（shè）计

　　·电子温度计、电子万年历、电子钟温（wēn）度显示、电子礼品；

　　·冷暖设备、加热恒温（wēn）电器；

　　·汽车电子温度测控电路；

　　·温度（dù）传感器、温度仪表；

　　·医疗电子设备、电子盥洗（xǐ）设备；

　　·手机电池及（jí）充电（diàn）电器。

　　温度补偿用NTC热敏电阻器

　　产品概述

　　许多（duō）半导体和ICs有温度系数而且要求温（wēn）度补偿，以（yǐ）在较（jiào）大的（de）温度范围中达到稳定性能的作用，由于NTC热敏电阻器有较高的温度系数，所以广（guǎng）泛应用于温度补偿。

　　主要参数

　　额定零功（gōng）率电（diàn）阻值R25(Ω)

　　R25允许偏差（%）

　　B值(25/50℃)/（K）

　　时间常数≤30S

　　耗散系数≥6mW/℃

　　测量功率≤0.1mW

　　额定功率≤0.5W

　　使用温度范围-55℃~+125℃

　　降功耗曲（qǔ）线：