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热敏电阻 - 工作原理、符号、类型和作用

HOTKING2019-10-25 12:00:00.0热敏电阻类型热敏电阻工作原理

如果您正在寻找具有成本效益和准确性的温度传感器,您的首选可能是热敏电阻。它是一种电阻,其电阻随温度的变化而变化。本文介绍热敏电阻的工作原理,符号,类型和作用。

如果您正在寻找具有成本效益和准确性的温度传感器,您的首选可能是热敏电阻。它是一种电阻,其电阻随温度的变化而变化。本文介绍热敏电阻工作原理,类型和应用。

开始吧!

什么是热敏电阻?

从单词Thermally控制电阻,热敏电阻是一种温度控制的电阻器。这种固态温控装置所提供的电阻取决于环境温度。所有电阻都有温度依赖性,这是由它们的温度系数决定的。对于大多数电阻器(固定电阻和可变电阻),这个温度系数保持得很低,这样温度的变化对电阻的影响不大。另一方面,热敏电阻的温度系数相当高,因此其电阻随温度的变化而变化。

由于在热敏电阻中,物理变化(其温度变化)倾向于改变其电特性(如电阻),因此它也可称为换能器。

热敏电阻主要由敏感的半导体基金属氧化物制成,金属化或烧结的连接引线在陶瓷盘或珠上。

因此,我们可以将热敏电阻定义为:

一种两个终端固态热敏感传感器,其电阻值随环境温度的变化而发生显著变化。

一些实用的热敏电阻如图所示:

实用热敏电阻图
实用热敏电阻图

热敏电阻有哪些类型?

如已经讨论的,电阻器的温度依赖性由其温度系数限定。据此,基于温度系数的类型将热敏电阻分为两类。
温度系数有两种类型,即负温度系数和正温度系数。用于每种类型的热敏电阻的陶瓷半导体材料不同,因为温度系数取决于所使用的材料。

我们来简单讨论一下!

NTC热敏电阻:

? NTC热敏电阻定义- NDC 或负温度系数热敏电阻是一种电阻随温度升高而降低的器件。这些类型的电阻器通常随着温度的升高而表现出大的,精确的和可预测的电阻降低。

? 用于构造的材料 - 与其他电阻器(固定或可变)不同,它们由陶瓷和聚合物制成,由金属氧化物组成,干燥和烧结以获得所需的形状因子。在NTC热敏电阻的情况下,优选钴,镍,铁和铜的氧化物

? NTC热敏电阻符号 - NTC热敏电阻的符号如下:

NTC热敏电阻符号图
NTC热敏电阻符号图

特性曲线 - 典型的NTC热敏电阻在-55 ℃ 至200 ℃ 的温度范围内提供最精确的读数。但是,一些专门设计的NTC热敏电阻在绝对零温度(-273.15 ℃)下使用,有些可在上面使用150 ℃。下图显示了NTC热敏电阻的特性曲线:

热敏电阻特性NTC曲线图
热敏电阻特性NTC曲线图

从图中我们可以看出它们具有陡峭的电阻温度曲线,表示良好的温度敏感性。

然而,由于电阻和温度之间的非线性关系,一些近似值被用于设计实际系统。

在所有近似值中,最简单的是:

△R = k△T,其中k是热敏电阻的负温度系数。

? 散热:

与任何电阻一样,热敏电阻也会在大量电流流过时散热。这种热量在热敏电阻的核心中消散,因此它可以篡改设备的精度。

? 热容量:

在NTC热敏电阻中,使温度升高1 ℃所需要的热量被称为其热容量。它定义了NTC热敏电阻的响应速度,因此需要知道它必须在何处使用。

PTC热敏电阻:

? PTC热敏电阻定义 - PTC或正温度系数热敏电阻是指电阻随环境温度的升高而增加的电阻。

? PTC热敏电阻的类型 - PTC热敏电阻根据其结构,使用的材料及其制造工艺进行分组。硅氧化物是属于第一组的PTC热敏电阻(根据使用的材料和结构)。它们使用硅作为半导体并具有线性特性。开关型PTC热敏电阻属于第二类(根据制造工艺)。该热敏电阻具有非线性特性曲线。随着开关型PTC热敏电阻的加热,最初电阻开始下降,达到一定的临界温度,之后随着热量的增加,电阻急剧增加。

? PTC热敏电阻器符号 - 下图显示的电路图用于PTC热敏电阻符号

PTC热敏电阻符号图
PTC热敏电阻符号图

? 特性曲线 - 下图显示了硅晶体管和开关型PTC热敏电阻的特性曲线。

硅晶体管与PTC热敏电阻特性曲线图

硅晶体管与PTC热敏电阻特性曲线图

我们看到,硅树脂PTC具有线性特性。这意味着该PTC热敏电阻对温度变化非常敏感。其电阻随温度的升高而线性增加。然而,开关型PTC是不同的。由于其多晶陶瓷体,具有非线性特征曲线。从图中可以看出,在一定温度下,我们将其称为阈值温度,电阻随着温度的升高而降低,就像NTC热敏电阻一样。随着温度升高超过阈值温度,电阻随着温度的升高而开始急剧增加。

? 热敏电阻的额定电阻 - PTC热敏电阻的电阻额定温度为25 ℃。这意味着如果你发现PTC热敏电阻的额定值为200Ω,则意味着这是电阻在25 ℃时的值。

现在我们已经根据温度系数的类型讨论了热敏电阻的类型,还有另一种基于热敏电阻的形状和尺寸的分类。

基于热敏电阻尺寸和形状的分类

热敏电阻,无论是NTC还是PTC热敏电阻,都有一个由金属氧化物制成的主体。热敏电阻的金属氧化物体可以压制成不同的形状和尺寸。

它们可以压成珠子,圆盘或圆柱形。

因此,被压入珠中的珠被称为珠热敏电阻,被压入盘中的被称为盘式热敏电阻,类似地,第三类是圆柱形热敏电阻。珠子热敏电阻是该批次中最小的。

下图显示了每种类型之一:

BeadType热敏电阻图
BeadType热敏电阻图

圆柱形热敏电阻图
圆柱形热敏电阻图


热敏电阻工作原理

热敏电阻的工作原理很简单:热敏电阻的温度变化会导致电阻发生变化。

它的温度如何变化?

由于外部因素或内部因素,热敏电阻的温度可能会发生变化。

最重要的内部因素是流过器件的电流。随着通过它的电流增加,它开始自我加热其元素。这导致热敏电阻的温度升高。

根据热敏电阻的类型(无论是NTC还是PTC),其电阻会随着温度的变化而变化。

外部可以通过改变环境温度来改变热敏电阻的温度。

电阻和温度关系可以通过以下等式近似:

热敏电阻的电阻 - 温度关系方程
热敏电阻的电阻 - 温度关系方程

其中,
R =热敏电阻在温度T(K)下的电阻
R。=给定温度下的电阻T0(K)
β =材料特定常数

就电阻温度系数而言,该等式可定义为:

R = R o [1 +α(T-T。)] .... (2)

我们将在接下来的应用部分讨论一些基本的热敏电阻电路。

热敏电阻的作用和用途

在本节中,我们将简要介绍每种热敏电阻的常见用途。每个热敏电阻NTC和PTC热敏电阻根据需要用于不同的应用。

NTC热敏电阻应用

? NTC温度传感器 - 热敏电阻最常见的用途是测量环境温度。对温度高度敏感的NTC热敏电阻被认为是这种应用的理想选择。它们价格便宜,主要用于温度范围-40 ℃至+300 ℃ 。
除温度范围外,在为此应用选择热敏电阻时考虑的其他标准包括:电阻范围,精度,周围介质,响应时间和尺寸要求。
使用热敏电阻进行温度测量的非常基本的电路如下所示。它只不过是惠斯通桥。最初,所有4个电阻(其中一个是热敏电阻)是平衡的,即不会有通过电流表的任何电流。温度的变化会明显改变热敏电阻的电阻,因此电流将流过电流表。

惠斯通电桥 - NTC温度传感器应用
惠斯通电桥 - NTC温度传感器应用

? 温度补偿 - 尽管所有半导体都具有温度系数,但NTC对温度具有高灵敏度。因此,NTC选择补偿对电路中温度变化的不希望的响应。补偿网络主要包括串联(或分流)的电阻器和分压器电路。螺旋式热敏电阻是此应用的首选,因为热敏电阻的温度和对温度变化有响应的组件应匹配。
下图显示了使用热敏电阻的补偿网络。

采用热敏电阻的温度补偿网络
采用热敏电阻的温度补偿网络

? 作为火灾报警器 - NTC热敏电阻可用于构建简单的火灾报警器。基本电路如下图所示。

使用NTC热敏电阻的火警电路
使用NTC热敏电阻的火警电路

在该电路中,热敏电阻电阻控制触发晶体管开关的电阻两端的电压。当热敏电阻检测到温度升高时,其电阻会降低,从而增加触发晶体管开关的电阻两端的电压。开关触发蜂鸣器,从而警告潜在的火灾危险。

这些是使用热敏电阻的一些基本电路。这些电路被开发成用于各种实际应用的高级电路。一些实际应用包括:

? 手机,冰箱吹风机等温度控制器
? 用于监测废气,气缸盖等温度的温度测量装置
? 监测温度以将室温保持在某个所需水平。
? 作为激光二极管和光电元件的温度稳定器。

PTC热敏电阻应用

PTC热敏电阻实际上可根据其应用大致分为两类。我们来讨论一下这些类别下的一些应用程序。

a) Power PTC热敏电阻:

? 功率PTC热敏电阻作为保险丝 - 对于需要过电流保护的电路,功率PTC热敏电阻充当保险丝。陶瓷PTC热敏电阻是传统保险丝的替代品,可以保护电机,变压器等负载。

下图显示了使用PTC热敏电阻作为与负载串联的保险丝的简单电路。

PTC热敏电阻作为保险丝电路图
PTC热敏电阻作为保险丝电路图

? 这些PTC热敏电阻用于电机启动电路,消磁电路等开关。
? 由于其耐受性和温度特性,PTC热敏电阻是小型加热器和恒温器的理想选择。


b)PTC热敏电阻传感器 - PTC热敏电阻传感器用于各种应用。作为液位传感器,它们是检测和控制油轮溢流的理想选择。

使用PTC热敏电阻制造的另一种传感器是温度传感器。在使用这些PTC时,仅考虑其R / T特性的陡峭区域。此外,考虑到压敏电阻效应被排除,电阻被认为是环境温度的函数。这些传感器在需要温度限制以保护的地方派上用场。

下图显示了PTC热敏电阻极限温度传感器保护功率半导体的基本电路图。

PTC热敏电阻极限温度传感器保护功率半导体
PTC热敏电阻极限温度传感器保护功率半导体

所以这些是热敏电阻的一些基本应用。

这些热敏电阻基本上不在高温下使用。对于需要将热敏电阻暴露在高温下的应用,可以使用不同类型的热敏电阻。想要详细了解具体可以查看我们热敏电阻类型那篇。

关于高温热敏电阻的注意事项

高温热敏电阻的构造与普通热敏电阻不同,因为它们必须处理高达200 ℃-250 ℃的高温。在此我们讨论omega 5500系列热敏电阻。这些玻璃封装的热敏电阻的最高连续温度额定值为-80 ℃至200 ℃,间歇性操作的最高额定值为250 ℃。这是一种珠状热敏电阻,具有可焊镀金的dumet引线。

下图显示了欧米茄5500系列热敏电阻。

5500系列Omega热敏电阻
5500系列Omega热敏电阻

这些热敏电阻属于NTC类型,它们的电阻等级(即在图25A电阻0℃下)为2252I、3000I、5000I和10000I。

与其他热敏电阻不同,这些高温热敏电阻在化学上非常稳定,并且不会受到老化的影响。

结论

在本文种,我们讨论了热敏电阻的工作原理和类型。基本上热敏电阻就是一个电阻器,它的电阻取决于温度,因此得名Resistor或Thermistor。广义的热敏电阻根据电阻随温度变化的方式分为两种类型,即NTC和PTC热敏电阻。两者都具有不同的R/T特性,因此适用于不同的应用场合。

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