什么是NTC熱敏電阻？

NTC代表“負(fù)溫度系數(shù)”。NTC熱敏電阻是具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻器，這意味著電阻隨溫度升高而減小。它們主要用作電阻溫度傳感器和限流設(shè)備。溫度靈敏度系數(shù)大約是硅溫度傳感器（silistors）的五倍，是電阻溫度檢測器（RTDs）的十倍。NTC傳感器通常在-55°C至200°C的范圍內(nèi)使用。

使用模擬電路精確測量溫度時(shí)，NTC電阻器所表現(xiàn)出的電阻與溫度之間的非線性關(guān)系帶來了巨大挑戰(zhàn)，但是數(shù)字電路的快速發(fā)展解決了該問題，即可以通過內(nèi)插查找表或通過求解方程來計(jì)算精確值近似于典型的NTC曲線。

NTC熱敏電阻的定義

NTC熱敏電阻是一種熱敏電阻，其電阻在工作溫度范圍內(nèi)隨核心溫度的升高而呈現(xiàn)出大而精確且可預(yù)測的下降。

NTC熱敏電阻的特性

與由金屬制成的RTD（電阻溫度檢測器）不同，NTC熱敏電阻通常由陶瓷或聚合物制成。使用的不同材料會導(dǎo)致不同的溫度響應(yīng)以及其他特性。

溫度響應(yīng)

盡管大多數(shù)NTC熱敏電阻通常適合在?55°C至200°C的溫度范圍內(nèi)使用，并能給出最精確的讀數(shù)，但仍有一些特殊的NTC熱敏電阻系列可以在接近絕對零的溫度下使用（-273.15 °C）以及專為150°C以上使用而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。

NTC傳感器的溫度靈敏度表示為“每攝氏度的百分比變化”。根據(jù)所使用的材料和生產(chǎn)過程的具體情況，溫度敏感性的典型值范圍是每℃3％至-6％。

從圖中可以看出，與鉑合金RTD相比，NTC熱敏電阻的電阻溫度斜率要陡得多，這意味著溫度靈敏度更高。即使這樣，RTD仍是最準(zhǔn)確的傳感器，其精度為所測溫度的±0.5％，它們在-200°C至800°C的溫度范圍內(nèi)有用，比NTC溫度傳感器的范圍大得多。

與其他溫度傳感器的比較

與RTD相比，NTC具有更小的尺寸，更快的響應(yīng)，更大的抗沖擊和振動性能，且成本更低。它們比RTD精度稍差。與熱電偶相比，兩者的精度相近。但是，熱電偶可以承受很高的溫度（大約600°C），并且在此類應(yīng)用中代替了NTC熱敏電阻，有時(shí)將它們稱為高溫計(jì)。即使這樣，NTC熱敏電阻在較低溫度下也比熱電偶提供更高的靈敏度，穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，并且使用的附加電路更少，因此總成本也更低。由于不需要處理RTD時(shí)經(jīng)常需要而熱電偶總是需要的信號調(diào)理電路（放大器，電平轉(zhuǎn)換器等），從而進(jìn)一步降低了成本。

自發(fā)熱

自熱效應(yīng)是每當(dāng)有電流流過NTC熱敏電阻時(shí)就會發(fā)生的現(xiàn)象。由于熱敏電阻基本上是一個(gè)電阻器，因此當(dāng)有電流流過時(shí)，它會以熱量的形式消耗功率。這些熱量在熱敏電阻芯中產(chǎn)生，并影響測量的精度。發(fā)生這種情況的程度取決于電流量，環(huán)境（無論是液體還是氣體，是否在NTC傳感器上流過液體等），熱敏電阻的溫度系數(shù)，熱敏電阻的總和區(qū)域等。 NTC傳感器的電阻以及因此通過它的電流取決于環(huán)境這一事實(shí)通常用于液體存在檢測器，例如儲罐中的檢測器。

熱容量

熱容代表將熱敏電阻溫度升高1°C所需的熱量，通常以mJ /°C表示。當(dāng)使用NTC熱敏電阻傳感器作為浪涌電流限制設(shè)備時(shí)，知道精確的熱容量非常重要，因?yàn)樗x了NTC溫度傳感器的響應(yīng)速度。

曲線選擇與計(jì)算

仔細(xì)選擇過程必須注意熱敏電阻的耗散常數(shù)，熱時(shí)間常數(shù)，電阻值，電阻-溫度曲線和公差，以提及最重要的因素。

由于電阻和溫度（RT曲線）之間的關(guān)系是高度非線性的，因此在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須采用某些近似值。

一階近似

一階近似值（最簡單易用）是一階近似值，它表示：

其中k為負(fù)溫度系數(shù)，ΔT為溫度差，ΔR為溫度變化引起的電阻變化。該一階近似只適用于非常狹窄的溫度范圍，并且只能用于在整個(gè)溫度范圍內(nèi)k幾乎恒定的溫度。

Beta公式

另一個(gè)方程式給出了令人滿意的結(jié)果，在0°C至+ 100°C的范圍內(nèi)，精確到±1°C。它取決于可以通過測量獲得的單個(gè)材料常數(shù)β。該方程可寫為：

其中R（T）是開氏溫度下在溫度T處的電阻，R（T 0）是溫度T 0處的參考點(diǎn)。Beta公式需要兩點(diǎn)校準(zhǔn)，并且在NTC熱敏電阻的整個(gè)有用范圍內(nèi)，其精度通常不超過±5°C。

Steinhart-Hart方程

迄今為止，已知的最佳近似值為Steinhart-Hart公式，該公式發(fā)布于1968年：

其中，ln R是開氏溫度下電阻在T溫度下的自然對數(shù)，A，B和C是從實(shí)驗(yàn)測量中得出的系數(shù)。這些系數(shù)通常由熱敏電阻供應(yīng)商作為數(shù)據(jù)表的一部分發(fā)布。Steinhart-Hart公式通常在-50°C至+ 150°C的范圍內(nèi)精確到±0.15°C左右，這對于大多數(shù)應(yīng)用來說已經(jīng)足夠了。如果需要極高的精度，則必須減小溫度范圍，并且在0°C至+ 100°C的范圍內(nèi)，精度必須超過±0.01°C。

選擇正確的近似值

從電阻測量中導(dǎo)出溫度所用的公式的選擇需要基于可用的計(jì)算能力以及實(shí)際的公差要求。在某些應(yīng)用中，一階近似值已綽綽有余，而在其他應(yīng)用中，甚至Steinhart-Hart方程都無法滿足要求，并且必須逐點(diǎn)校準(zhǔn)熱敏電阻，進(jìn)行大量測量并創(chuàng)建查找表。

NTC熱敏電阻的構(gòu)造和性能

NTC電阻器制造中通常涉及的材料是鉑，鎳，鈷，鐵和硅的氧化物，可用作純元素或用作陶瓷和聚合物。NTC熱敏電阻可根據(jù)使用的生產(chǎn)過程分為三類。 

磁珠熱敏電阻

這些NTC熱敏電阻由直接燒結(jié)到陶瓷體內(nèi)的鉑合金引線制成。與磁盤和芯片NTC傳感器相比，它們通常提供更快的響應(yīng)時(shí)間，更好的穩(wěn)定性并允許在更高的溫度下運(yùn)行，但是它們更脆弱。通常將它們密封在玻璃中，以防止它們在組裝過程中受到機(jī)械損壞，并提高其測量穩(wěn)定性。典型尺寸范圍為直徑0.075 – 5mm。

漆包線NTC熱敏電阻

保溫涂料線NTC熱敏電阻器是MF25B系列漆包線NTC熱敏電阻，是一種小型、高精度的芯片和漆包銅導(dǎo)線的絕緣聚合物涂層，涂有環(huán)氧樹脂, 帶有裸鍍錫漆包銅引線的NTC可互換熱敏電阻片。 探頭直徑小便于安裝在狹小空間，被測物體（鋰電池包）溫度可以在3秒內(nèi)被檢測到，漆包線NTC熱敏電阻產(chǎn)品使用溫度范圍-30℃-120℃。

玻璃封裝的NTC熱敏電阻

這些是密封在氣密玻璃泡中的NTC溫度傳感器。它們設(shè)計(jì)用于溫度高于150°C的環(huán)境，或者用于必須堅(jiān)固耐用的印刷電路板安裝。將熱敏電阻封裝在玻璃中可改善傳感器的穩(wěn)定性，并保護(hù)傳感器免受環(huán)境影響。它們是通過將磁珠型NTC電阻器密封到玻璃容器中制成的。典型尺寸范圍為直徑0.4-10mm。

NTC熱敏電阻參數(shù)

電阻值：1K、2K、5K、10K、20K、30K、50K、100K、200K、500K

B值：3935、3977、3600、3900、3380、3435、3950、4250、4200

典型應(yīng)用

NTC熱敏電阻被廣泛應(yīng)用。它們用于測量溫度，控制溫度和進(jìn)行溫度補(bǔ)償。它們還可以用于檢測液體的存在與否，例如電源電路中的限流設(shè)備，汽車應(yīng)用中的溫度監(jiān)控等等。NTC傳感器可根據(jù)應(yīng)用中利用的電氣特性分為三類。

電阻溫度特性

基于電阻時(shí)間特性的應(yīng)用包括溫度測量，控制和補(bǔ)償。這些情況還包括使用NTC熱敏電阻的情況，以使NTC溫度傳感器的溫度與某些其他物理現(xiàn)象有關(guān)。這組應(yīng)用要求熱敏電阻在零功率條件下工作，這意味著通過它的電流應(yīng)保持盡可能低，以避免加熱探頭。

當(dāng)前時(shí)間特性

基于電流時(shí)間特性的應(yīng)用包括：延時(shí)，浪涌電流限制，電涌抑制等。這些特性與所用NTC熱敏電阻的熱容量和耗散常數(shù)有關(guān)。該電路通常依賴于NTC熱敏電阻由于流過它的電流而發(fā)熱。一方面，它會觸發(fā)電路的某種變化，具體取決于使用它的應(yīng)用程序。

電壓電流特性

基于熱敏電阻的電壓-電流特性的應(yīng)用通常涉及環(huán)境條件的變化或電路變化，這會導(dǎo)致電路中給定曲線上的工作點(diǎn)發(fā)生變化。根據(jù)應(yīng)用，它可以用于電流限制，溫度補(bǔ)償或溫度測量。

NTC熱敏電阻符號

根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，以下符號用于負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。