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温度知识

温度知识
浏览量:18 上传更新:2019-08-30

负温度系数温度传感器

●热敏电阻是精细陶瓷半导体的感热元件

      热敏电阻是对热敏感的电阻体,其阻值随温度变化而发生显著变化的半导体 。一般的物质温度上升时 ,

电阻值渐增。我们的NTC热敏电阻的电阻值随温度上升而显著减少 。

※负温度系数(英文名称:Negative Temperature Coefficient;英文缩写:NTC)

以下说明仅限于NTC热敏电阻。

热敏电阻是一种由Mn(锰),Ni(镍)  ,Co(钴)为主多种金属氧化物为原料烧结而成的精细陶瓷半导体的

感热元件 。工作温度在-50~+500℃之间,涵盖了日常温度控制所需的温度范围。由于热敏电阻体积小,又

稳定性好且响应性高,因而大量被使用在家用电器和工业仪器的温度传感器或温度补偿元件等用途上。

●热敏电阻的物理性质

4个常数来决定热敏电阻特性

热敏电阻特性,基本上是以[电阻值 R]·[B值 B]·[耗散常数δ]·[热时间常数τ]这4个常数来决定。

基本上用这4个常数 ,另外有时候以「电流-电压特性」和「电阻温度系数」为补助表示。

1)电阻值

热敏电阻的电阻值规定如下。

在规定的环境温度下,阻体受检测电流自身发热引起的电阻值变化相对于总的检测误差可以忽略不计的检测电功率测得的热敏电阻的直流电阻值。

通常以标准化的检测电流值和公司内设计的超高精度恒温槽检测热敏电阻的电阻值。

热敏电阻是通称NTC的「负温度系数的热敏电阻」,具备随温度上升而其电阻值减少的特点。

热敏电阻的[电阻值R]和[绝对温度T]的关系可近似地用下式表示。

因为电路设计上理想的热敏电阻特性是工作温度范围内的电阻值变化100Ω〜100kΩ ,所以从各种各样的特性选择适合的规格时,此电阻值能作为参考值。

2)B值

B值是表示对温度变化的热敏电阻感度的物性值。

NTC热敏电阻的特点是随着温度升高而其电阻值减少的。其电阻值变化率以B值来表示 。在线图上的

倾斜度也能表示变化率。

其倾斜度大(即B值大),也就是说对温度变化的感度高。

表示变化率的B值是两个环境温度之间的电阻值变化来计算出来 。

B值和电阻值不同,把热敏电阻芯片尺寸,改变也不会调整B值的规格 。

热敏电阻芯片的材料组成决定了B值规格 。而且B值大的热敏电阻是电阻值也高,所以不能自由地组合电阻值和B值。 

比如,虽然电阻值非常高,但是B值极小的热敏电阻是开发难度特别高的。

我们的热敏电阻规格类型具备电阻值和B值的多种组合。

如果需要定制特殊B值的话 ,请咨询我们。 

B值0℃/100℃的计算例。

3)耗散常数

耗散常数δ是在静止空气环境中依通电热敏电阻自身发热升高1℃时需要的电功率(mW/℃) 。

在周围温度Ta外加电功率W时 ,热敏电阻自身发热终于到温度T的话,成立如下关系。

耗散常数相当就热敏电阻自身温度升高1℃的电功率。但是此温度和周围环境温度的误差也被反映到检测数据。因此,设计电路时,不妨碍检测的范围内应该以控制外加电功率抑制自身发热。 

因为耗散常数δ是「自身发热」和「放热」的平衡来决定,所以根据热敏电阻周围的环境,显著变化。 

如果热传导率高的材料用在热敏电阻周围 ,就会助长放热 ,结果耗散常数δ也会增大 。反过来低放热性结构时的耗散常数δ可能会较小  ,因此装配材料的选择是特别重要。

装配后 ,在实际工作环境(空气,水,油 ,热板的接触等)中,由实际检测耗散常数δ获得实际工作符合的数据。

4)热时间常数

热时间常数是表示热敏电阻追随周围温度变化的响应性程度。

热敏电阻周围环境温度从T1变化到T2时,经过时间t(sec.)和热敏电阻温度T之间成立以下关系 。

关系式中的τ(sec.)就是热时间常数 。

t=τ的话 ,可以表示如下。

就此热敏电阻的温度变化到初期温差的63.2%所需要的时间定义为热时间常数τ(sec.) 。

单有被定义为热时间常数的时间,热敏电阻温度不会到达周围环境温度 。

热时间常数τ(sec.)n倍时的温度变化率如下。用热时间常数

τ(sec.)的约7倍就热敏电阻温度会到达周围环境温度 。

τ = 63.2%, 2τ = 86.5%, 3τ = 95.0%, ・・・・ 7τ ≒ 100%

因为热敏电阻体积越小越响应速度快 ,所以小型热敏电阻的热时间常数τ会较小 。另外由于热敏电阻装配结构 ,响应速度会显著变化,因此应该十分留意工作环境 ,还要选择热传导率高的材料 。

5)电流-电压特性(I-V特性)

电流-电压特性(I-V特性)是热敏电阻通电时的电压变化表示在线图上的 。

NTC热敏电阻的电流-电压特性(I-V特性)的特点是随着电流值增大 ,电压值也线图上直线地增大。但是

到达有的电流值后电压值开始减少。

通电后热敏电阻开始自身发热,随着电流量增大 ,发热量也继续增大。

由于导线的放热及热敏电阻表面的放热(依辐射),自身发热量较小时的放热量比发热量较大。因此热

敏电阻因自身发热的温度变化不发生,而电阻值也不会受影响 。 依照欧姆定律,电流和电压是比例关系 。

但是发热量超过放热量的话,因自身发热而热敏电阻温度会升高,受此影响地电阻值也减少就电流和电压的比例关系会消灭。为此越过境界值后电压值逐渐减少的。

热敏电阻元件的电流-电压特性表示在以下线图。热敏电阻自身发热给电阻值变化的影响微小的范围内(线图上用直线表示的领域内),应该通常使用 。

而且超过线图顶点的外加电压使用时,热敏电阻进入「失控模式(电阻值减少和自身发热之间不断地重复)」,经短时间有可能会炙热破损,应该特别注意。

6)电阻温度系数α

电阻温度系数是表示热敏电阻每1℃的电阻值变化率 。单位是%/℃。

电阻温度系数α表示为。在这里将热敏电阻的阻值R和绝对温度T的关系式(请参照电阻值),用温度T微分,将α代入所求公式,可以表示如下。


电阻温度系数α的符号(-)表示随着温度升高热敏电阻电阻值会减少的 。B值是3400K,求20℃附近的电阻温度系数的话

电阻温度系数α≒-4%/℃。

一般金属及合金随着温度升高电阻值会增大。对1℃的温度变化 ,其温度系数是0.4%(金),0.39%(铂),

较大的也0.66%(铁),0.67%(镍)程度。但热敏电阻的电阻温度系数是约-4%。换言之,对微小温度变化也,

热敏电阻的电阻值会显著变化。可以说热敏电阻传感器适用精密温度检测和微小温差控制 。

7)绝缘电阻

热敏电阻元件的绝缘电阻是「导线←→玻璃」之间的绝缘性。

确保耐久性能上  ,充分的绝缘性是很重要。我们对全部热敏电阻产品进行全数检测绝缘电阻。

检测绝缘电阻办法表示在下图。

金属制容器里充填导电性的绝缘检测液 ,将热敏电阻浸渍至玻璃头部。

首先将绝缘电阻试验器的阳极(+)连接热敏电阻导线 ,其次将绝缘电阻试验器的阴极(-)连接金属制容器,

然后检测「导线←→玻璃」之间的绝缘性。

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