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热敏电阻

2018-08-21 10:04:12     所属分类:电子元件
热敏电阻
NTC bead.jpg
负温度系数(NTC)热敏电阻器,珠型,绝缘电线
类型 被动元件
工作原理 电阻
电路符号
Thermistor.svg

热敏电阻英语:thermistor)是一种传感器电阻,电阻值随着温度的变化而改变,且体积随温度的变化较一般的固定电阻要大很多。热敏电阻的英文“thermistor”是由Thermal(热)及resistor(电阻)两词组成的混成词。热敏电阻属可变电阻的一类,广泛应用于各种电子元件中,例如涌流电流限制器英语Inrush current limiter、温度传感器、可复式保险丝、及自动调节的加热器英语Heating element等。

不同于电阻温度计使用纯金属,在热敏电阻器中使用的材料通常是陶瓷或聚合物。两者也有不同的温度响应性质,电阻温度计适用于较大的温度范围;而热敏电阻通常在有限的温度范围内实现较高的精度,通常是-90℃〜130℃。[1]

目录

  • 1 基本特性
  • 2 斯坦哈特-哈特公式
  • 3 NTC热敏电阻的参数
  • 4 历史
  • 5 应用领域
  • 6 相关条目
  • 7 参考文献
  • 8 外部链接

基本特性

热敏电阻最基本的特性是其阻值随温度的变化有极为显著的变化,以及伏安曲线呈非线性。若电子和空穴的浓度分别为,迁移率分别为,则半导体的电导为:

  

因为都是依赖温度T的函数,所以电导是温度的函数,因此可由测量电导而推算出温度的高低,并能做出电阻-温度特性曲线。这就是半导体热敏电阻的工作原理。

假设,电阻和温度之间的关系是线性的,则: :

= 电阻变化
= 温度变化
= 一阶的电阻温度系数

热敏电阻可以依值大致分为两类:

  • 为正值,电阻随温度上升而增加,称为正温度系数(PTCPositive Temperature Coefficient)热敏电阻。
  • 为负值,电阻随温度上升而减少,称为负温度系数(NTCNegative Temperature Coefficient)热敏电阻。

此外还有一种临界温度热敏电阻(CTRCritical Temperature Resistance),在一定温度范围内,其电阻会有大幅的变化[2]

非热敏电阻的一般电阻,其一般都相当接近零,因此在一定的温度范围内其电阻值可以接近一定值。

有时热敏电阻不用温度系数k来描述,而是用电阻温度系数来描述,其定义为[3]

此处的系数和以下的参数是不同的。

斯坦哈特-哈特公式

在实务上,上述的线性近似只在很小温度范围下适用,若要考虑精密的温度量测,需要更详细的描述温度-电阻曲线。斯坦哈特-哈特公式英语Steinhart–Hart equation是广为使用的三阶近似式:

其中abc称为斯坦哈特-哈特参数,每个热敏电阻有不同的参数,T是以开尔文表示的温度,R是电阻,单位是欧姆,若要电阻以温度的函数表示,可以整理为下式:

其中

在二百度的范围内,斯坦哈特-哈特公式的误差多半小于0.02 °C[4]。例如,室温下(25 °C = 298.15 K)电阻值为3000 Ω的热敏电阻,其参数为

NTC热敏电阻的参数

NTC热敏电阻的电阻值随温度的上升而下降,也可以用B(或β)参数来描述其特性,其实就是参数为, 斯坦哈特-哈特公式英语Steinhart–Hart equation

其中

  • T:温度,单位为K
  • R0:为温度T0 (25 °C = 298.15 K)时的电阻

求解R可得

或者

其中.

因此可以求解温度为

B参数的方程也可以表示为,可以得热敏电阻温度及电阻的方程式转换为的线性方程式。由其平均斜率可以得到B参数的估计值。

历史

第一个NTC热敏电阻是法拉第在1833年研究硫化银的半导体特性时发现的。法拉第注意到硫化银的阻值随着温度上升而大幅下降(这也是第一次对于半导体材料特性的记录) [5]

早期因为热敏电阻不易生产,且应用的技术受限,商业化的使用一直到1930年代才开始[6]。第一个在商业应用上可行的热敏电阻是由Samuel Ruben在1930年发明[7]

应用领域

  • 温度侦测
  • 电路开关
  • 涌流抑制
  • 马达延时启动
  • 过热保护

相关条目

  • 传感器
  • 可变电阻
  • 光敏电阻
  • 声敏电阻
  • 热敏电阻温度计
  • 热电偶
  • 铁氢电阻英语Iron-hydrogen resistor

参考文献

  1. ^ "NTC Thermistors". Micro-chip Technologies. 2010.
  2. ^ 李宏. 神奇的新材料(海洋与科技探索之旅). 青苹果数据中心. 11 December 2013: 167–. GGKEY:JUBFQGAWFWC. 
  3. ^ Thermistor Terminology. U.S. Sensor
  4. ^ "Practical Temperature Measurements" 互联网档案馆的存档,存档日期2009-08-24.. Agilent Application Note. Agilent Semiconductor.
  5. ^ 1833 - First Semiconductor Effect is Recorded. Computer History Museum. [24 June 2014]. 
  6. ^ McGee, Thomas. Chapter 9. Principles and Methods of Temperature Measurement. John Wiley & Sons. 1988: 203. 
  7. ^ Jones, Deric P. (编). Biomedical Sensors. Momentum Press. 2009: 12. 

外部链接

  • The thermistor at bucknell.edu
  • Software for thermistor calculation at Sourceforge
  • "Thermistors & Thermocouples:Matching the Tool to the Task in Thermal Validation" - Journal of Validation Technology

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