热敏电阻(NTC)的基本参数及其应用.docVIP

热敏电阻(NTC)的基本参数及其应用 1 NTC的术语及主要参数 在家电开发研制领域里，工程人员在运用热敏电阻的过程中，有时对一些主要参数的细节产生歧义，原因之一是某些参数的定义和内容缺乏统一的标准和规范。随着国家标准《直热式负温度系数热敏电阻器（第一部分：总规范）》GB/T 6663.1-2007/IEC 60539-1:2002（以下简称“国标”）的实施（07年9月1日），情况开始有所改变。国内热敏电阻器生产家都应当按照“国标”标注热敏电阻的参数，使用者也可以根据 “国标”向厂家索取热敏电阻的参数。 ??? 热敏电阻器是一种随（感应）温度的变化其电阻值呈显著变化的热敏感半导体元件。温度升高时阻值下降的热敏电阻器，称为负温度系数热敏电阻器（NTC）。家电领域里大量使用的是NTC。 ??? 自热:当我们对NTC进行测量和运用时总会通过一定量的电流，这一电流使NTC自身产生热量。NTC的自热会导致其阻值下降，在测量及应用过程中出现动态变化，所以控制自热是运用NTC的关键。当NTC用于温度测量时，应当尽量避免自热；当NTC用于液位或风速测量时，则需要利用自热。 ??? 零功率电阻：定义见“国标”（2.2.18）。零功率电阻是热电阻器最基本的参数，厂家给出的热敏电阻器的阻值都属于零功率，，但“零功率”一词容易使人费解（因为物理含义上的零功率检测是不存在的），所以，理解它的工程含义是定义中后一句的内容“……自热导致的电阻值变化相对于总的测量误差可以忽略不计”。通常，对NTC的零功率测量是在恒温槽中进行，影响总的测量误差有二个主要因素：一是通过NTC的电流，一是恒温槽精度。一般说来，减少通过NTC的电流的方法比较多，一旦电流下降到一定程度，影响总误差的往往是恒温槽的精度。 ??? 环境温度变化引起的热时间常数（τa）：一般情况下，NTC在稳定的室温条件下,迅速进入设定（和要求介质）的温度环境内，测量其温度上升规定幅度T所需要的时间。温度T的上升幅度为室温Ta至设定温度Tb差值的63.2%所需的时间。τa反映NTC在测量温度时的响应速度。 ??? 耗散系数（δ）：使NTC的温度上升1K所消耗的功率称为耗散系数。“国标”4.10.2给出的δ计算方法如下： ????????????? δ=UTH·ITH /（Tb- Ta） W /℃ ??? 式中： UTH为NTC的端电压； ITH为流过NTC的电流；Tb为自热稳定温度；Ta为室内温度。 ??? 可见，NTC温度的上升指的是自热温度。从另外一个角度看，自热造成的温升可以利用δ计算出来。 例如：已知δ为0.1 W /℃，测量UTH·ITH为0.5 W，则： ???????????? （Tb- Ta）=U H·ITH /δ ℃=0.5 /0.1 ℃=5 ℃ ?????? 自热使NTC高于环境温度5℃。 ??? NTC具有价格低廉、阻值随温度变化显著的特点，而广泛用于温度测量。通常采用一只精密电阻与NTC串联（见图1），NTC阻值的变化转变为电压变化直接进入比较电路或单片机的A/D的输入接口，不必经过放大处理，电路构成极为简单。运用NTC时除了选择合适的R值和B值之外，还应当考虑到测量速度和精度。 ??? 选择合适的τa ：τa 值直接反映NTC测量温度的响应速度，但不是越小越好，确定τa值需要比较与权衡。因为τa值与它的封装尺寸有关，NTC的封装尺寸小，则τa值小，机械强度低；封装尺寸大，则τa值大，机械强度高。 ??? 确定电流范围：可根据厂家提供的非自热最大功率或利用耗散系数来确定工作电流的范围。 然而，需要引起注意的是不少厂家提供的δ值是NTC二次封装之前参数，但采用这个δ参数确定的电流虽然不会产生自热，但是过于保守，影响选择参数的宽松度，因为二次封装之后的非自热最大功率已经提高。利用耗散系数确定电流范围的方法是先确定NTC精度，再确定允许的自热功耗。例如，NTC的精度为0.1℃，则自热温度不超过0.1℃就能够满足精度要求，也就是说，小于0.1δ的功率为不产生自热的功率。 ??? 其它需要注意的因素：①NTC二次封装之后，τa的参数值较封装之前增大了。②同一型号、规格的NTC在不同介质中，其δ、τa等参数值相差很大，需注意参数的介质。③在流动的空气中，NTC略为产生一点自热对精度的影响不大。④NTC感温头不能触碰非探测物体，例如，在家用空调器里，翅片前面测量室温的感温头不能触碰到翅片。 ??? 测量耗散系数δ时，“国标”要求在静止的空气中进行。通常是在规定容器的玻璃框罩内进行测量。当我们做实验时可以观察到一些现象，在一个空气相对稳定（感觉不到流动的空气）的室内，玻璃框内的温度与室温一致。先测量零功率电阻值，当摘掉玻璃框罩后，电阻值未发生变化；然后测量耗散系数，当自热达到热平衡时，即通过NTC