NTC負溫度系數(shù)熱敏電阻工作原理

NTC是Negative Temperature Coefficient 的縮寫，意思是負的溫度系數(shù)，泛指負溫度系數(shù)很大的半導體材料或元器件，所謂NTC熱敏電阻器就是負溫度系數(shù)熱敏電阻器。它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料， 采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導體性質(zhì)，因為在導電方式上完全類似鍺、硅等半導體材料。溫度低時，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在100~1000000歐姆，溫度系數(shù)-2%~-6.5%。NTC熱敏電阻器可廣泛用于測溫、控溫、溫度補償?shù)确矫妗?/p>

NTC負溫度系數(shù)熱敏電阻構(gòu)成

NTC（Negative Temperature Coefficient）是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料．該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝而成的半導體陶瓷，可制成具有負溫度系數(shù)（NTC）的熱敏電阻．其電阻率和材料常數(shù)隨材料成分比例、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化．現(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料。

NTC熱敏半導瓷大多是尖晶石結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷，具有負的溫度系數(shù)，電阻值可近似表示為：

式中RT、RT0分別為溫度T、T0時的電阻值，Bn為材料常數(shù)．陶瓷晶粒本身由于溫度變化而使電阻率發(fā)生變化，這是由半導體特性決定的。

NTC負溫度系數(shù)熱敏最重要的性能是壽命

長壽命NTC熱敏電阻，是對NTC熱敏電阻認識的提升，強調(diào)電阻壽命的重要性。NTC熱敏電阻最重要的是壽命，在經(jīng)得起各種高精度、高靈敏度、高可靠、超高溫、高壓力考驗后，它仍很長時間穩(wěn)定工作。

壽命是NTC熱敏電阻的一個重要性能，與精度、靈敏度等其他參數(shù)存在辯證關(guān)系。一個NTC電阻產(chǎn)品，必須首先長壽命，才能保證其他性能的發(fā)揮；而其他性能的優(yōu)秀，依賴到生產(chǎn)工藝達到一定技術(shù)水平，這讓NTC的長壽命變成可能。

很多高科技電子產(chǎn)品，在超高溫、超高壓及其他惡劣條件下，需要熱敏電阻發(fā)揮穩(wěn)定的控溫、測溫功能，多數(shù)廠家一味追求NTC熱敏電阻的精度、靈敏度、漂移值等常規(guī)性能的穩(wěn)定發(fā)揮，忽視了電阻的壽命，導致因NTC無法長時間工作而影響電子產(chǎn)品的使用。如此一來，所有的精度、靈敏度、耐高溫等等，都變得沒有意義。

NTC負溫度系數(shù)熱敏電阻歷史

NTC熱敏電阻器的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的階段．1834年，科學家首次發(fā)現(xiàn)了硫化銀有負溫度系數(shù)的特性．1930年，科學家發(fā)現(xiàn)氧化亞銅-氧化銅也具有負溫度系數(shù)的性能，并將之成功地運用在航空儀器的溫度補償電路中．隨后，由于晶體管技術(shù)的不斷發(fā)展，熱敏電阻器的研究取得重大進展．1960年研制出了NTC熱敏電阻器。

NTC負溫度系數(shù)熱敏電阻溫度范圍

它的測量范圍一般為-10～+300℃，也可做到-200～+10℃，甚至可用于+300～+1200℃環(huán)境中作測溫用．

負溫度系數(shù)熱敏電阻器溫度計的精度可以達到0.1℃，感溫時間可少至10s以下．它不僅適用于糧倉測溫儀，同時也可應用于食品儲存、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學種田、海洋、深井、高空、冰川等方面的溫度測量。

NTC溫度傳感器是一種熱敏電阻、探頭，其原理為：電阻值隨著溫度上升而迅速下降。其通常由2或3種金屬氧化物組成, 混合在類似流體的粘土中，并在高溫爐內(nèi)鍛燒成致密的燒結(jié)陶瓷。實際尺寸十分靈活，它們可小至0.010英寸或很小的直徑。最大尺寸幾乎沒有限制，但通常適用半英寸以下。 

NTC溫度傳感器定義:

NTC熱敏電阻、探頭組(合)件.一種用熱敏電阻外殼，延長引線，有時還用了一個接頭組合而成的成品熱敏電阻組(合)件。

結(jié)構(gòu)

一般由NTC熱敏電阻、探頭(金屬殼或塑膠殼等,延長引線,及金屬端子或連端器組成

原理

利用NTC熱敏電阻在一定的測量功率下，電阻值隨著溫度上升而迅速下降。利用這一特性, 可將NTC熱敏電阻通過測量其電阻值來確定相應的溫度，從而達到檢測和控制溫度的目的。

應用

● 空調(diào),冰箱,冷柜,熱水器,飲水機,暖風機,洗碗機,消毒柜,洗衣機,烘干機等家電設備上.

● 汽車空調(diào),水溫傳感器,進氣溫度傳感器,發(fā)動機

● 開關(guān)電源,UPS不間斷電源,變頻器,電鍋爐等

● 智能馬桶,電熱毯等

特點:

● 靈敏度高,響應速度快

● 阻值和B值精度高,一致性互換性好

● 采用雙層包封工藝,具有良好的絕緣密封性和抗機械碰撞,抗彎折能力

● 結(jié)構(gòu)簡單靈活,可根據(jù)客戶不同設稈要求定制.

◆可根據(jù)客戶要求定做特殊規(guī)格。

ntc溫度傳感器的性能介紹

ntc溫度傳感器通常由2或3種金屬氧化物組成, 混合在類似流體的粘土中, 并在高溫爐內(nèi)鍛燒成致密的燒結(jié)陶瓷。氧連結(jié)金屬往往會提供自由電子。陶瓷通常是極好的絕緣體。但只有在理論上，當溫度接近絕對零度時，熱敏電阻型陶瓷才是這種情況。但是，當溫度增加至較常見的范圍時，熱激發(fā)會拋出越來越多的自由電子。隨著許多電子載流通過陶瓷，有效阻值則降低。電阻隨溫度的變化極為靈敏。典型變化為每攝氏度減少(-)7[%]至3[%]。這時適合寬溫度范圍內(nèi)使用的任何傳感器來說是最靈敏的。

額定室溫電阻取決于基本材料的電阻率，大小和幾何形狀，以及電極的接觸面積。厚而窄的熱敏電阻具有相對高的電阻，而形狀是薄而寬的則具有較低電阻。實際尺寸也十分靈活，它們可小至.010英寸或很小的直徑。最大尺寸幾乎沒有限制，但通常適用半英寸以下。

ntc熱敏電阻工作原理

負溫度系數(shù)熱敏電阻器是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料， 采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導體性質(zhì)，因為在導電方式上完全類似鍺、硅等半導體材料。溫度低時，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在100~1000000歐姆，溫度系數(shù)-2[%]~-6.5[%]。

ntc溫度傳感器術(shù)語解釋

探頭組(合)件一種用熱敏電阻外殼，延長引線，有時還用了一個接頭組合而成的成品熱敏電阻組(合)件。

R0：熱敏電阻在規(guī)定溫度時零功率下的電阻

R-T曲線熱敏電阻和溫度表或曲線圖

徑向曲線：電子元件的引線，它以一直線從中央引至邊緣引離出元件本體。引線彼此平行地繼續(xù)向外引。

比率，0至50：將熱敏電阻在0°C時的電阻除以其50°C時的電阻所得的數(shù)(比率)，它可用斜率表示并有利于進行比較。

電阻：電氣設備的特性，它阻撓電流流動。

電阻偏差：和指定的標稱電阻溫度曲線相比，由于斜率改變而帶來的額外容差。加在25°C容差上，為此提供了一個圖表(見封底的折疊插頁)

電阻率：當減小到標準單位形狀時材料體電阻的性質(zhì)，標準形狀被取作1立方厘米，測量單位是歐姆-厘米。它有利于在已知電阻率及其尺寸情況下預測熱敏電阻的實際電阻。

響應時間：熱敏電阻指示溫度步進變化到規(guī)定數(shù)量范圍所需的時間

自熱：由于熱敏電阻內(nèi)的功率耗散而使自身溫度上升。

斜率：在規(guī)定溫度范圍時電阻溫度曲線的陡度。通常被指定為每°C歐姆變化或每°C：[%](值)變化(也被稱作為α)。

熱敏電阻：(熱變電阻)一種溫度敏感的陶瓷電阻器。

時間常數(shù)：(T.C.)熱敏電阻指示溫度步進變化到63[%]時所需的時間。

瓦特數(shù)：電氣元件消耗或耗散功率的計量單位

零功率電阻值 RT（Ω）

RT指在規(guī)定溫度 T 時，采用引起電阻值變化相對于總的測量誤差來說可以忽略不計的測量功率測得的電阻值。

電阻值和溫度變化的關(guān)系式為：

RT = RN expB(1/T – 1/TN)

RT ： 在溫度 T （ K ）時的 NTC 熱敏電阻阻值。

RN ： 在額定溫度 TN （ K ）時的 NTC 熱敏電阻阻值。

T ： 規(guī)定溫度（ K ）。

B ： NTC 熱敏電阻的材料常數(shù)，又叫熱敏指數(shù)。

exp： 以自然數(shù)e 為底的指數(shù)（ e = 2.71828 …）。

該關(guān)系式是經(jīng)驗公式，只在額定溫度 TN 或額定電阻阻值 RN 的有限范圍內(nèi)才具有一定的精確度，因為材料常數(shù)B 本身也是溫度 T 的函數(shù)。

額定零功率電阻值 R25 （Ω）

根據(jù)國標規(guī)定，額定零功率電阻值是 NTC 熱敏電阻在基準溫度 25 ℃ 時測得的電阻值 R25，這個電阻值就是NTC 熱敏電阻的標稱電阻值。通常所說 NTC 熱敏電阻多少阻值，亦指該值。

材料常數(shù)（熱敏指數(shù)） B 值（ K ）

B 值被定義為：

B=T1*T2/(T2-T1)ln(RT1/RT2)

RT1 ： 溫度 T1 （ K ）時的零功率電阻值。

RT2 ： 溫度 T2 （ K ）時的零功率電阻值。

T1、T2 ：兩個被指定的溫度（ K ）。

對于常用的 NTC 熱敏電阻， B 值范圍一般在 2000K ～ 6000K 之間。

零功率電阻溫度系數(shù)（αT ）

在規(guī)定溫度下， NTC 熱敏電阻零動功率電阻值的相對變化與引起該變化的溫度變化值之比值。

αT ： 溫度 T （ K ）時的零功率電阻溫度系數(shù)。

RT ： 溫度 T （ K ）時的零功率電阻值。

T ： 溫度（ T ）。

B ： 材料常數(shù)。

耗散系數(shù)（δ）

在規(guī)定環(huán)境溫度下， NTC 熱敏電阻耗散系數(shù)是電阻中耗散的功率變化與電阻體相應的溫度變化之比值。

δ： NTC 熱敏電阻耗散系數(shù)，（ mW/ K ）。

△ P ： NTC 熱敏電阻消耗的功率（ mW ）。

△ T ： NTC 熱敏電阻消耗功率△ P 時，電阻體相應的溫度變化（ K ）。

熱時間常數(shù)(τ)

在零功率條件下， 當溫度突變時， 熱敏電阻的溫度變化了始未兩個溫度差的 63.2% 時所需的時間，熱時間常數(shù)與 NTC 熱敏電阻的熱容量成正比，與其耗散系數(shù)成反比。

τ：熱時間常數(shù)（ S ）。

C： NTC 熱敏電阻的熱容量。

δ： NTC 熱敏電阻的耗散系數(shù)。

額定功率Pn

在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器長期連續(xù)工作所允許消耗的功率。在此功率下，電阻體自身溫度不超過其最高工作溫度。

最高工作溫度Tmax

在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器能長期連續(xù)工作所允許的最高溫度。即:

T0-環(huán)境溫度。

測量功率Pm

熱敏電阻在規(guī)定的環(huán)境溫度下，阻體受測量電流加熱引起的阻值變化相對于總的測量誤差來說可以忽略不計時所消耗的功率。

一般要求阻值變化大于0.1%，則這時的測量功率Pm為：

電阻溫度特性

NTC熱敏電阻的溫度特性可用下式近似表示：

式中：

RT：溫度T時零功率電阻值。

A：與熱敏電阻器材料物理特性及幾何尺寸有關(guān)的系數(shù)。

B：B值。

T：溫度（k）。

更精確的表達式為：

式中：

RT：熱敏電阻器在溫度T時的零功率電阻值。

T：為絕對溫度值，K；

A、B、C、D：為特定的常數(shù)。

NTC負溫度系數(shù)熱敏電阻R-T特性

B 值相同， 阻值不同的 R-T 特性曲線示意圖

相同阻值，不同B值的NTC熱敏電阻R-T特性曲線示意圖

溫度測量、控制用NTC熱敏電阻器

ntc溫度傳感器的應用

醫(yī)療應用：一般需在數(shù)字式溫度計、培養(yǎng)(恒溫)箱、皮膚傳感器、導尿管、透析設備和呼吸器里使用ntc溫度傳感器來監(jiān)測溫度、血流或氣流。

家電應用：一般使用以各種包裝的玻璃封裝薄片來監(jiān)測和控制烘箱、微波爐、洗衣機和烘干機、洗碗機和小家電-烤面包機、拌和器、干發(fā)器、卷發(fā)鉗、淋浴器、空調(diào)器、爐子、冰箱、制冷機的溫度和監(jiān)控可充電鎳鉻電池和NiMH電池上的溫度，對無繩電動工具和器具、可攜式攝像機、手提式CD播放機/收音機進行充電控制。

汽車應用一般使用圓片、玻璃封裝薄片或Uni-Curve?產(chǎn)品用于溫度監(jiān)測和控制氣流及浸沒應用。這些設備通常被用作進氣傳感器、電池、發(fā)動機和傳動溫度傳感器、空調(diào)和內(nèi)/外環(huán)境溫度傳感器，以及油和煤氣液位傳感器。

辦公自動化/數(shù)據(jù)處理的應用一般使用ntc溫度傳感器來進行捆扎機、高架投影機、彩色打印機、復印機、中央處理機(主機)、電源的溫度監(jiān)測和控制，以及膝上型計算機、個人管理器和其它電池供電的便攜式設備所用可充電NiCad和NiMH電池的充電控制。

電信應用一般使用ntc溫度傳感器來進行溫度補償或使用玻璃封裝薄片來進行溫度監(jiān)測和控制。典型應用包括開關(guān)設備，以及無繩電話、收音機、呼機上的可充電NiCad和NiMH電池，用于充電控制。

軍事/航空航天的應用要求使用精密薄片或玻璃珠組合件來監(jiān)測飛機、衛(wèi)星、地面雷達、載人軌道飛行器和深空探空火箭的溫度。