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NTC热敏电阻的工作原理及在抑制浪涌电流、温度传感中的作用

2024-04-03 15:23:05 9,661

NTC热敏电阻是一种特殊的电阻器,其电阻值随着温度的升高而降低,即具有负温度系数特性。这种电阻器主要由锰、镍、钴、铜等金属氧化物通过陶瓷工艺制成,其电阻-温度特性非常灵敏且精确。

热敏电阻的工作原理

普通电阻受温度变化影响很小,但热敏电阻则完全不同。热敏电阻是@传感器电阻。它的电阻值会随着温度的变化而变化。#热敏电阻#可分为正温度系数热敏电阻(PTC)负温度系数热敏电阻(NTC)两种。当温度较高时,正温度系数热敏电阻(PTC)的电阻值较大。负温度系数热敏电阻(NTC)在温度较高时电阻值较低。它们都是半导体器件。热敏电阻的阻值随着温度的升高而急剧下降,呈现非线性,如下图所示。

热敏电阻温度特性曲线

 

  温度特性曲线

从上面的温度特性图我们可以发现,在相同的温度变化条件下,热敏电阻的阻值变化比引线热电阻大10倍。因此热敏电阻对温度变化特别敏感。热敏电阻的温度变化是由于其传导模式造成的。它由载流子(电子、空穴)传导。由于半导体中的载流子数量远少于金属中的自由电子,因此其电阻率非常大。随着温度升高,半导体中参与传导的载流子数量会增加。随着半导体电导率的增加,其电阻率降低。

热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度发生显着变化的特性而制成的热敏元件。在一定温度范围内,根据被测热敏电阻阻值的变化,可以得知被测介质的温度变化。

热敏电阻

当热敏电阻安装在电路中使用时,当热敏电阻处于相同的环境温度时,热敏电阻的动作时间随着电流的增大而急剧缩短。当环境温度较高时,其动作时间较短,保持电流和动作电流较小。电路正常工作时,其温度接近室温。此时电阻很小,电路中的串联不会阻碍电流的流动。当电路因故障而发生过电流时,热敏电阻温度因加热功率增加而升高。在温度超过开关温度的情况下,电阻会高速增加。此时,电流会迅速降低至安全值。

NTC热敏电阻广泛应用在众多领域,常见的作用包括:

1.抑制浪涌电流

此类热敏电阻属于功率型。体积虽小,威力却很大。这种电阻一般串联在市电输入线上。它的电阻很小。零功率电阻是热电阻最基本的参数,厂家一般都会给出这个参数。可以有效抑制启动浪涌电流。同时,它消耗的功率可以忽略不计。

2.使用温度传感器测量温度

作为测量温度的热敏电阻,它利用外界温度的变化来改变电阻。因为NTC电阻接入电路时总会通过一定量的电流。该电流导致 NTC 发热。当NTC阻值下降时,会对测量产生很大的影响。因此,需要控制热敏电阻的发热程度,避免流过过大的电流导致元件发热而产生测量误差。我们可以将温度对应的电阻值全部或部分写入CPU中。这样,外界温度变化时电阻值的变化就会实现为电压的变化。

NTC热敏电阻

NTC热敏电阻

利用电阻分压器的原理,当NTC变化时,电压也会变化。利用A/D口检测电压变化,并将热敏电阻所需的全部数据写入MCU。这样,不同的电阻值就可以对应不同的温度。

如果温度精度要求更高,我们可以使用精度更高的NTC电阻,同时使用桥式电路和放大器。热敏电阻NT1/NT2与电阻R1、R2构成桥式电路。当产生温差时,放大器就会输出相应的信号。

3. 温度补偿

电子元件通常具有一定的温度系数,其输出信号会随着温度的变化而产生漂移,称为“温度漂移”。温度补偿方法可以减少温度漂移,在一定程度上抵消或降低其输出的温度漂移。传感器广泛应用于各种工农业生产中。生产过程中需要获取的信息必须转换成易于传输和处理的电信号。但传感器的敏感元件大多采用金属或半导体材料,其静态特性与环境有关。温度密切相关。在实际工作中,由于传感器的工作环境温度变化较大,温度变化引起的热输出会带来较大的测量误差。同时,温度变化也会影响零点和灵敏度值,进而影响传感器的静态特性。因此,必须采取措施减少或消除温度变化的影响,这就需要NTC热敏电阻来补偿传感器的温度。

NTC热敏电阻具有广泛的工业和消费电子产品应用,如家用电器、汽车电子、电源供应器、电池管理系统、温度控制系统等。

热敏电阻与压敏电阻的区别

热敏电阻与压敏电阻两者的主要区别在于它们的功能、工作原理、材质以及在电路中的连接方式和用途:

1、功能与工作原理

  • 热敏电阻:这是一种对温度变化非常敏感的电阻器,其电阻值会随着温度的升高或降低而相应增加或减少。热敏电阻主要有两种类型,正温度系数(PTC)热敏电阻在温度升高时电阻增大,负温度系数(NTC)热敏电阻则在温度升高时电阻减小。它们通常用于温度测量、温度补偿、过热保护等场合。
  • 压敏电阻:是一种对电压敏感而非温度敏感的元件,具有非线性的伏安特性。当加在压敏电阻两端的电压超过其阈值(称为压敏电压)时,电阻会急剧下降,允许通过较大的电流,起到电压钳位和过电压保护作用,防止电路中的瞬态高压对其他元件造成损害。

2、材质

  • 热敏电阻:多采用半导体材料制造,例如一些陶瓷或金属化合物。
  • 压敏电阻:常见的是基于氧化锌(ZnO)等金属氧化物制成,具有较好的非线性伏安特性。

3、电路连接方式

  • 热敏电阻:通常串联在电路中,用作电流控制或者温度感应元件,其阻值变化可以影响到电路中的电流大小。
  • 压敏电阻:常常并联在电路中,以便在过电压条件下立即启动,将过高的电压钳位在一个安全水平,从而保护后级电路不受过电压冲击。

4、用途

  • 热敏电阻:应用于温度传感器、恒温控制、电机启动器、电子设备的过温保护等领域。
  • 压敏电阻:广泛应用于电源系统、通信设备、家用电器等领域的过电压保护,例如防雷击、浪涌抑制、EMI滤波等场合。

热敏电阻和压敏电阻虽然都是电子元件,但它们分别针对温度和电压的变化提供相应的保护和控制功能,在电子设计和应用中有各自明确且重要的位置。

 

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