NTC热敏电阻的常识

什么是NTC热敏电阻？

NTC代表“负温度系数”. NTC热敏电阻是具有负温度系数的电阻器，这意味着电阻随温度升高而降低. 它们主要用作电阻温度传感器和限流装置. 温度灵敏度系数大约是硅温度传感器（氧化硅）的五倍，是电阻温度检测器（RTD）的十倍. NTC传感器通常在-55°C至200°C的范围内使用.

热敏电阻探头

使用模拟电路精确测量温度时，NTC电阻器呈现的电阻和温度之间的非线性关系提出了巨大的挑战，但是数字电路的快速发展已经通过插值查找表或通过解决计算精确值的方程式问题逼近典型的NTC曲线.

NTC热敏电阻的定义

NTC热敏电阻是一个热敏电阻. 当电阻器的核心温度在工作温度范围内升高时，其电阻会显示出较大的，准确的和可预测的下降.

根据不同的电阻温度系数，热敏电阻分为两种: 正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻. 在工作温度范围内，正温度系数热敏电阻的电阻随温度升高而急剧增加，负温度系数热敏电阻的电阻随温度升高而急剧减小.

NTC热敏电阻的特性

与金属制成的RTD（电阻温度检测器）不同，NTC热敏电阻通常由陶瓷或聚合物制成. 使用的不同材料会导致不同的温度响应和其他特性.

温度响应

尽管大多数NTC热敏电阻通常适合在-55°C至200°C的温度范围内使用，并且它们提供最准确的读数，但仍有一些特殊的NTC热敏电阻可在绝对零温度附近使用（- 273.15）°C）并专门为150°C以上的产品设计.

NTC传感器的温度灵敏度表示为“每摄氏度变化百分比”. 根据使用的材料和生产工艺，温度敏感性的典型值范围是每℃-3％至-6％.

NTC和RTD电阻-温度曲线的比较

从图中可以看出，与铂合金RTD相比，NTC热敏电阻具有更陡的电阻-温度斜率，这转化为更好的温度灵敏度. 即使这样，RTD仍是最精确的传感器，其精度为被测温度的±0.5％，并且它们在-200°C至800°C的温度范围内使用，这比NTC温度传感器要宽得多.

与其他温度传感器的比较

与RTD相比，NTC具有更小的尺寸，更快的响应，更强的抗冲击性和抗振性以及更低的成本. 它们的精度略低于RTD. 与热电偶相比，两者的精度相似. 但是，热电偶可以承受极高的温度（约600°C）ntc热敏电阻温度特性，因此可代替NTC热敏电阻用于此应用，在此有时将它们称为高温计. 即使这样，NTC热敏电阻在较低温度下仍比热电偶提供更高的灵敏度，稳定性和准确性，并且使用的附加电路更少，因此总成本更低. 由于不需要处理RTD时经常需要的信号调节电路（放大器，电平转换器等），并且始终需要热电偶，因此成本进一步降低.

自热效应

自热效应是电流流经NTC热敏电阻时发生的现象. 因为热敏电阻基本上是一个电阻，所以当电流流过它时，它将以热量的形式消耗功率. 这些热量在热敏电阻芯中产生，并影响测量的准确性. 发生这种情况的程度取决于电流量，环境（无论是液体还是气体，NTC传感器上是否有任何流动等），热敏电阻的温度系数以及总面积. 热敏电阻. NTC传感器的电阻以及流经它的电流取决于环境这一事实通常用于液体存在检测器，例如储罐中的那些.

热容量

热容代表将热敏电阻温度升高1°C所需的热量，通常以mJ /°C表示. 当使用NTC热敏电阻传感器作为浪涌电流限制装置时，了解这一点很重要精确的热容量，因为它决定了NTC温度传感器的响应速度.

曲线选择和计算

仔细选择过程中必须注意热敏电阻的耗散常数，热时间常数，电阻值，电阻-温度曲线和容差，以提及最重要的因素.

由于电阻和温度（RT曲线）之间的关系是高度非线性的，因此在实际系统设计中必须使用某些近似值.

一阶近似

一阶近似值（也是最简单的用法）是一阶近似值，它显示:

其中，k为负温度系数，ΔT为温度差，ΔR为由温度变化引起的电阻变化. 一阶近似仅适用于非常狭窄的温度范围，并且只能在k在整个温度范围内几乎恒定的温度下使用.

测试版

另一个方程式给出令人满意的结果，精确度在0°C至+ 100°C的±1°C范围内. 它取决于可通过测量获得的单一材料常数β. 该方程可写为:

β方程的逼近: R（T）= R（T0）* exp（β*（1 / T-1 / T0））

其中，R（T）是开尔文温度T时的电阻，R（T 0）是温度T 0的参考点. Beta公式需要两点校准. 在NTC热敏电阻的整个有用范围内，其精度通常不超过±5°C.

Steinhart-Hart方程

到目前为止，最好的近似值是1968年发布的Steinhart-Hart公式:

Steinhart方程精确逼近

式中，ln R是开尔文温度T下电阻的自然对数，A，B和C是根据实验测得的系数. 这些系数通常由热敏电阻供应商作为数据表的一部分发布. Steinhart-Hart配方可在-50°C至+ 150°C的温度范围内精确到±0.15°C，适用于大多数应用. 如果需要更高的精度，则必须减小温度范围，并且在0°C至+ 100°C的范围内，精度可以达到±0.01°C.

选择正确的近似值

从电阻测量中获取温度所需的公式的选择需要基于可用的计算能力和实际公差要求. 在某些应用中，一阶近似值已绰绰有余，而在其他应用中，即使Steinhart-Hart方程也无法满足要求，并且必须逐点校准热敏电阻，进行大量测量并创建查找表

NTC热敏电阻的结构和性能

制造NTC电阻器通常涉及的材料是铂，镍，钴，铁和硅的氧化物，可用作纯元素或陶瓷和聚合物. 根据使用的生产过程，NTC热敏电阻可分为三类.

磁珠热敏电阻

磁珠热敏电阻

磁珠形式这些NTC热敏电阻由直接烧结到陶瓷体内的铂合金引线制成. 它们通常提供比磁盘和芯片NTC传感器更快的响应时间，更好的稳定性并允许在更高的温度下运行，但它们更脆弱. 通常将它们密封在玻璃中，以防止它们在组装过程中受到机械损坏并提高其测量稳定性. 典型尺寸的直径范围是0.075-5mm.

磁盘和芯片热敏电阻

磁盘和芯片热敏电阻

磁盘热敏电阻这些NTC热敏电阻具有金属化的表面触点. 它们较大，因此比磁珠型NTC电阻的反应时间慢. 但是，由于它们的尺寸，它们具有较高的耗散常数（将温度升高1°C所需的功率）ntc热敏电阻温度特性，并且由于热敏电阻消耗的功率与电流的平方成正比，因此它们可以处理更大的电流. 热敏电阻好. 盘式热敏电阻是通过将氧化物粉末的混合物压入圆形模具中，然后在高温下烧结而制成的. 芯片通常通过流延成型法制造，其中材料浆料以厚膜的形式铺展，干燥并切成一定形状. 典型直径范围为0.25-25mm.

玻璃封装的NTC热敏电阻

玻璃封装的NTC热敏电阻

这些是NTC温度传感器，密封在气密的玻璃气泡中. 它们设计用于温度高于150°C的环境中或用于印刷电路板安装，并且必须坚固耐用. 将热敏电阻封装在玻璃中可以提高传感器的稳定性，并保护传感器免受环境影响. 它们是通过将玻璃珠NTC电阻器密封在玻璃容器中制成的. 典型直径范围为0.4-10mm.

典型应用

NTC热敏电阻的应用范围很广. 它们用于测量温度，控制温度和温度补偿. 它们还可以用于检测液体的存在与否，例如电源电路中的限流设备，汽车应用中的温度监控等. 根据应用中使用的电气特性，NTC传感器可以分为三类.

电阻温度特性

基于电阻-时间特性的应用包括温度测量，控制和补偿. 这些还包括使用NTC热敏电阻，使NTC温度传感器的温度与其他一些物理现象有关. 这组应用要求热敏电阻在零功率下工作，这意味着流过它的电流应保持尽可能低，以避免加热探头.

当前时间特征

基于电流时间特性的应用包括: 延时，浪涌电流限制，电涌抑制等. 这些特性与所用NTC热敏电阻的热容量和耗散常数有关. 由于电流的通过，电路通常依赖于NTC热敏电阻的加热. 在某个时候，它会触发电路的变化，具体取决于使用它的应用程序.

电压电流特性

基于热敏电阻的电压-电流特性的应用通常涉及环境条件的变化或电路的变化，这会导致电路中给定曲线上的工作点发生变化. 根据不同的应用，它可以用于电流限制，温度补偿或温度测量.

NTC热敏电阻符号

根据IEC标准，以下符号用于负温度系数热敏电阻.

NTC热敏电阻符号

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