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什么是熱敏電阻
2024-05-21 09:47:42
熱敏電阻將長期處于不動作狀態(tài)；當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于c區(qū)時(shí)，熱敏電阻的散熱功率與發(fā)熱功率接近，因而可能動作也可能不動作。熱敏電阻在環(huán)境溫度相同時(shí)，動作時(shí)間隨著電流的增加而急劇縮短；熱敏電阻在環(huán)境溫度相對較高時(shí)具有更短的動作時(shí)間和較小的維持電流及動作電流。
1、PTC效應(yīng)是一種材料具有PTC (positive temperature coefficient) 效應(yīng)，即正溫度系數(shù)效應(yīng)，僅指此材料的電阻會隨溫度的升高而增加。如大多數(shù)金屬材料都具有PTC效應(yīng)。在這些材料中，PTC效應(yīng)表現(xiàn)為電阻隨溫度增加而線性增加，這就是通常所說的線性PTC效應(yīng)。
2、非線性PTC效應(yīng)指經(jīng)過相變的材料會呈現(xiàn)出電阻沿狹窄溫度范圍內(nèi)急劇增加幾個(gè)至十幾個(gè)數(shù)量級的現(xiàn)象，即非線性PTC效應(yīng)，相當(dāng)多種類型的導(dǎo)電聚合體會呈現(xiàn)出這種效應(yīng)，如高分子PTC熱敏電阻。這些導(dǎo)電聚合體對于制造過電流保護(hù)裝置來說非常有用。
3、高分子PTC熱敏電阻用于過流保護(hù)，高分子PTC熱敏電阻又經(jīng)常被人們稱為自恢復(fù)保險(xiǎn)絲（簡稱為熱敏電阻），由于具有獨(dú)特的正溫度系數(shù)電阻特性，因而極為適合于用作過流保護(hù)器件。熱敏電阻的使用方法象如普通保險(xiǎn)絲一樣，是串聯(lián)在電路中使用。
當(dāng)電路正常工作時(shí)，熱敏電阻溫度與室溫相近、電阻很小，串聯(lián)在電路中不會阻礙電流通過；而當(dāng)電路因故障而出現(xiàn)過電流時(shí)，熱敏電阻由于發(fā)熱功率增加導(dǎo)致溫度上升，當(dāng)溫度超過開關(guān)溫度（ts，見圖1）時(shí)，電阻瞬間會劇增，回路中的電流迅速減小到安全值。為熱敏電阻對交流電路保護(hù)過程中電流的變化示意圖。熱敏電阻動作后，電路中電流有了大幅度的降低，圖中t為熱敏電阻的動作時(shí)間。由于高分子PTC熱敏電阻的可設(shè)計(jì)性好，可通過改變自身的開關(guān)溫度（ts）來調(diào)節(jié)其對溫度的敏感程度，因而可同時(shí)起到過溫保護(hù)和過流保護(hù)兩種作用，如kt16－1700dl規(guī)格熱敏電阻由于動作溫度很低，因而適用于鋰離子電池和鎳氫電池的過流及過溫保護(hù)。環(huán)境溫度對高分子PTC熱敏電阻的影響 高分子PTC熱敏電阻是一種直熱式、階躍型熱敏電阻，其電阻變化過程與自身的發(fā)熱和散熱情況有關(guān)，因而其維持電流（ihold）、動作電流（itrip）及動作時(shí)間受環(huán)境溫度影響。當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于a區(qū)時(shí)，熱敏電阻發(fā)熱功率大于散熱功率而會動作；當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于b區(qū)時(shí)發(fā)熱功率小于散熱功率，高分子PTC熱敏電阻由于電阻可恢復(fù)，因而可以重復(fù)多次使用。圖6為熱敏電阻動作后，恢復(fù)過程中電阻隨時(shí)間變化的示意圖。電阻一般在十幾秒到幾十秒中即可恢復(fù)到初始值1.6倍左右的水平，此時(shí)熱敏電阻的維持電流已經(jīng)恢復(fù)到額定值，可以再次使用了。面積和厚度較小的熱敏電阻恢復(fù)相對較快；而面積和厚度較大的熱敏電阻恢復(fù)相對較慢。
基本特性
熱敏電阻的電阻－溫度特性可近似地用下式表示：R=R0exp{B（1/T-1/T0)}：R：溫度T(K）時(shí)的電阻值、Ro：溫度T0、（K）時(shí)的電阻值、B:B值、*T(K)=t(ºC)+273.15。實(shí)際上，熱敏電阻的B值并非是恒定的，其變化大小因材料構(gòu)成而異，最大甚至可達(dá)5K/°C。因此在較大的溫度范圍內(nèi)應(yīng)用式1時(shí)，將與實(shí)測值之間存在一定誤差。此處，若將式1中的B值用式2所示的作為溫度的函數(shù)計(jì)算時(shí)，則可降低與實(shí)測值之間的誤差，可認(rèn)為近似相等。
BT=CT2+DT+E，上式中，C、D、E為常數(shù)。另外，因生產(chǎn)條件不同造成的B值的波動會引起常數(shù)E發(fā)生變化，但常數(shù)C、D不變。因此，在探討B(tài)值的波動量時(shí)， 只需考慮常數(shù)E即可。常數(shù)C、D、E的計(jì)算，常數(shù)C、D、E可由4點(diǎn)的（溫度、電阻值）數(shù)據(jù)（T0,R0).(T1,R1）.(T2,R2）and（T3,R3），通過式3～6計(jì)算。首先由式樣3根據(jù)T0和T1,T2,T3的電阻值求出B1,B2,B3，然后代入以下各式樣。
電阻值計(jì)算例：試根據(jù)電阻－溫度特性表，求25°C時(shí)的電阻值為5(kΩ），B值偏差為50(K）的熱敏電阻在10°C～30°C的電阻值。步驟（1）根據(jù)電阻－溫度特性表，求常數(shù)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）將數(shù)值代入R=5exp {（BT1/T-1/298.15）}，求R。*T:10+273.15～30+273.15。
熱敏電阻的主要特點(diǎn)
①靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10～100倍以上，能檢測出10-6℃的溫度變化；
②工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55℃～315℃，高溫器件適用溫度高于315℃（目前最高可達(dá)到2000℃），低溫器件適用于-273℃～-55℃；
③體積小，能夠測量其他溫度計(jì)無法測量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；
④使用方便，電阻值可在0.1～100kΩ間任意選擇；
⑤易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；
⑥穩(wěn)定性好、過載能力強(qiáng)。
技術(shù)參數(shù)
①標(biāo)稱阻值Rc：一般指環(huán)境溫度為25℃時(shí)熱敏電阻器的實(shí)際電阻值。
②實(shí)際阻值RT：在一定的溫度條件下所測得的電阻值。
③材料常數(shù)：它是一個(gè)描述熱敏電阻材料物理特性的參數(shù)，也是熱靈敏度指標(biāo)，B值越大，表示熱敏電阻器的靈敏度越高。應(yīng)注意的是，在實(shí)際工作時(shí)，B值并非一個(gè)常數(shù)，而是隨溫度的升高略有增加。
④電阻溫度系數(shù)αT：它表示溫度變化1℃時(shí)的阻值變化率，單位為%/℃。
⑤時(shí)間常數(shù)τ：熱敏電阻器是有熱慣性的，時(shí)間常數(shù)，就是一個(gè)描述熱敏電阻器熱慣性的參數(shù)。它的定義為，在無功耗的狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度由一個(gè)特定溫度向另一個(gè)特定溫度突然改變時(shí)，熱敏電阻體的溫度變化了兩個(gè)特定溫度之差的63.2%所需的時(shí)間。τ越小，表明熱敏電阻器的熱慣性越小。
⑥額定功率PM：在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器長期連續(xù)負(fù)載所允許的耗散功率。在實(shí)際使用時(shí)不得超過額定功率。若熱敏電阻器工作的環(huán)境溫度超過 25℃，則必須相應(yīng)降低其負(fù)載。
⑦額定工作電流IM：熱敏電阻器在工作狀態(tài)下規(guī)定的名義電流值。
⑧測量功率Pc：在規(guī)定的環(huán)境溫度下，熱敏電阻體受測試電流加熱而引起的阻值變化不超過0.1%時(shí)所消耗的電功率。
⑨最大電壓：對于NTC熱敏電阻器，是指在規(guī)定的環(huán)境溫度下，不使熱敏電阻器引起熱失控所允許連續(xù)施加的最大直流電壓；對于PTC熱敏電阻器，是指在規(guī)定的環(huán)境溫度和靜止空氣中，允許連續(xù)施加到熱敏電阻器上并保證熱敏電阻器正常工作在PTC特性部分的最大直流電壓。
⑩最高工作溫度Tmax：在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器長期連續(xù)工作所允許的最高溫度。
熱敏材料一般可分為半導(dǎo)體類、金屬類和合金類三類
半導(dǎo)體熱敏電阻材料
這類材料有單晶半導(dǎo)體、多晶半導(dǎo)體、玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體以及金屬氧化物等。它們均具有非常大的電阻溫度系數(shù)和高的電阻率，用其制成的傳感器的靈敏度也相當(dāng)高。按電阻溫度系數(shù)也可分為負(fù)電阻溫度系數(shù)材料和正電阻溫度系數(shù)材料.在有限的溫度范圍內(nèi)，負(fù)電阻溫度系數(shù)材料a可達(dá)-6*10-2/℃，正電阻溫度系數(shù)材料a可高達(dá)-60*10-2/℃以上。如飲酸鋇陶瓷就是一種理想的正電阻溫度系數(shù)的半導(dǎo)體材料。上述兩種材料均廣泛用于溫度測量、溫度控制、溫度補(bǔ)瞬、開關(guān)電路、過載保護(hù)以及時(shí)間延遲等方面，如分別用子制作熱敏電阻溫度計(jì)、熱敏電阻開關(guān)和熱敏電阻溫度計(jì)、熱敏電阻開關(guān)和熱敏電阻延遲繼電錯(cuò)等。
這類材料由于電阻和流度呈指數(shù)關(guān)系，因此測溫范圍狹窄、均勻性也差
金屬熱敏電阻材料
此類材料作為熱電阻測溫、限流器以及自動恒溫加熱元件均有較為廣泛的應(yīng)用。如鉑電阻溫度計(jì)、鎳電阻溫度計(jì)、銅電阻溫度計(jì)等。其中鉑測溫傳感器在各種介質(zhì)中(包括腐蝕性介質(zhì))，表現(xiàn)出明顯的高精度和高穩(wěn)定的特征。但是，由于鉑的稀缺和價(jià)格昂貴而使它們的廣泛應(yīng)用受到一定的限制。銅測溫傳感器較便宜，但在腐蝕性介質(zhì)中長期使用，可導(dǎo)致靜態(tài)特性與阻值發(fā)生明顯變化。最近有資料報(bào)導(dǎo)，銅測溫傳感器可在空氣介質(zhì)中-60~180℃溫度范圍使用。但是，國外為了在-60~180℃長期地測量溫度和在250℃短期測量溫度，普遍大量使用著鎳測溫傳感器，并認(rèn)為鎳是一種較理想的材料，因?yàn)樗鼈兙哂懈叩撵`敏度、滿意的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。
合金熱敏電阻材料
合金熱敏電阻材料亦稱熱敏電阻合金。這種合金具有較高的電阻率，并且電阻值隨溫度的變化較為敏感，是一種制造溫敏傳感器的良好材料。作為溫敏傳感器的熱敏電阻合金性能要求如下：（1）足夠大的電阻率；（2）相當(dāng)高的電阻溫度系數(shù)；(3)具有接近于實(shí)驗(yàn)材料線膨脹系數(shù)；(4)小的應(yīng)變靈敏系數(shù)；（5）在工作溫度區(qū)間加熱和冷卻時(shí)，電阻溫度曲線應(yīng)有良好的重復(fù)性。
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