NTC热敏电阻：原理、类型及应用

NTC热敏电阻：原理、类型及应用

NTC热敏电阻是一种重要的温度敏感元件，广泛应用于各种温度测量和控制场景。本文将详细介绍NTC热敏电阻的历史、工作原理、类型、电路应用以及其优缺点，帮助读者全面了解这一重要器件。

NTC热敏电阻的历史

第一个NTC热敏电阻是由Michael Faraday在1833年发现的，他发表了一篇关于硫化银半导体特性的报告。他发现，一旦温度升高，硫化银性能就会急剧下降。因为最初的热敏电阻很难制造，可以满足商业应用的热敏电阻的生产直到1930年代才开始。

因此，Samuel Ruben于1930年推出了一种商业上可行的热敏电阻，命名为“Duracell”。此后，由于晶体管技术的不断发展，NTC热敏电阻的研究取得了重大进展。因此，最终在1960年开发了NTC热敏电阻。

NTC热敏电阻是什么？

在NTC热敏电阻中，术语NTC意思是“负温度系数”，表示具有负温度系数的电阻器，意思是如果温度升高，电阻就会减小。这主要用作限流器件和电阻温度传感器。根据IEC标准，NTC热敏电阻符号如下所示。

与硅电阻或硅温度传感器相比，该热敏电阻的温度灵敏度系数是RTD（电阻温度检测器）的五倍和十倍。用于制造这些热敏电阻的材料可以是：镍、铁、铜、锰和钴。这些电阻器的温度范围为-55°C至+200°C。

NTC热敏电阻工作原理

NTC热敏电阻的工作原理主要取决于环境温度。如果热敏电阻的温度升高，其电阻就会降低。温度每升高1摄氏度，电阻就会降低5%。

有两个因素会影响材料对电流的阻力：材料中自由电子的数量以及它们通过它的难易程度。后者受材料晶体结构的影响，材料的晶体结构将有或多或少的“自由电子路径”供电流流过。

NTC热敏电阻由含有金属氧化物的陶瓷制成，包括Mn-Ni-Co氧化物、Ni-Cr氧化物和Cu-Ni氧化物以及添加剂。当这些金属与氧结合时，它们会形成限制晶体结构中自由电子路径数量的键，从而增加电阻。

然而，在更高的温度下，原子之间的碰撞会导致晶体结构轻微分解，释放一些电子并在它们以前不存在的地方形成自由电子路径。自由电子路径越多，电流的阻力就越小。这就是NTC热敏电阻如何随着温度升高而表现出电阻下降的原因。

NTC热敏电阻规格参数：

• 在25°C时电阻为10K±1%。
• B值为3950±1%。
• 它的响应时间非常快，从0.12到10秒。
• 耗散因数δth约为7.5mW/K。
• 热冷却时间常数<=20秒。
• 温度范围为-55°C至+200°C。
• 有两个引线端子。
• 线性呈指数。
• 其精度范围为0.05°C至1.00°C。
• 在-40°C和150°C时，最大容差高达±1.5%。

它的成本从低到中不等。

NTC热敏电阻的类型

NTC热敏电阻根据其结构分为三种类型，如下所述：

珠状热敏电阻

珠状热敏电阻直接由模制在陶瓷体中的铂合金引线构成。通过在组装时将它们密封在玻璃内免受损坏来保护它们，并提高它们的测量稳定性。

通常，这类的热敏电阻使用比较普遍，因为与其他类型（如芯片和磁盘热敏电阻）相比，它们有更好的稳定性、更快的响应时间并允许它们在最高温度下运行。珠状热敏电阻的尺寸很小，直径范围从0.075mm到5mm。最流行的珠型热敏电阻是玻璃涂层珠和微型玻璃探头。

磁盘和芯片热敏电阻

这些类型的NTC热敏电阻由金属化表面触点制成。与珠型热敏电阻相比，它们的尺寸更大并且反应缓慢。由于尺寸原因，这些电阻器具有很高的耗散常数。当该热敏电阻的耗散功率与电流的平方成正比时，与珠型热敏电阻相比，它们可以承受更大的电流。

盘式NTC热敏电阻是通过在高温下将氧化物粉末混合物压入圆形模具中而设计的。片式热敏电阻通常通过流延成型方法设计，其中材料浆料延伸为厚膜，干燥并切割成型。这些热敏电阻的尺寸范围为直径0.25mm至25mm。

玻璃封装NTC热敏电阻

将NTC热敏电阻保置于密封的玻璃泡中。这些是小型热敏电阻，可避免因水分渗透而导致的电阻读数错误。这些热敏电阻可以在恶劣的环境条件和极端温度下有效工作。这些热敏电阻可以在温度高于150°C情况下使用。玻璃内的热敏电阻封装增强了其稳定性并保护其免受周围环境的影响。这些热敏电阻的典型尺寸范围为直径0.4-10mm。

NTC热敏电阻电路图

NTC热敏电阻的电路图如下所示。该电路主要用于控制带有NTC热敏电阻的自动风扇。该电路的作用是当温度升高时，风扇会自动开启。

制作这个自动风扇控制器电路所需的元件包括一个10KNTC热敏电阻、10K电阻、9V电池、风扇和BC547三极管。

该电路的连接可以按照上面给出的电路。在该电路中，通过一个10kΩ电阻连接一个10kΩNTC热敏电阻，构成一个分压电路。一旦温度降低，该热敏电阻的电阻将增加，而一旦温度升高，其电阻将降低。

热敏电阻在室温下的电阻为10kΩ。这里电路中的风扇简单地通过BC547三极管连接。一旦热敏电阻检测到温度，它的电阻就会降低，这时风扇打开。如果温度降低，风扇将关闭。

NTC热敏电阻电阻表

NTC热敏电阻的电阻值主要根据温度而变化。热敏电阻制造商规定的温度通常为25°C。因此下表将显示基于温度值的电阻值。

NTC热敏电阻和PTC热敏电阻的区别

NTC热敏电阻和PTC热敏电阻之间的区别包括以下几点。

优点

NTC热敏电阻的优点包括以下几点。

• 高度的灵活性和敏感性。
• 它可以用作温度传感器来检测温度。
• 高精度和互换性。
• NTC热敏电阻具有可靠性高、精度高、性能好、耐热性好、体积小等优点。
• 有多种公差和尺寸可供选择。
• 与其他温敏电阻相比，NTC热敏电阻具有灵敏度优势。
• NTC热敏电阻对温度的轻微变化也有反应。
• 可以精确地检测到温度范围内低于一度的波动。

缺点

NTC热敏电阻的缺点包括以下几点。

• NTC热敏电阻是非常敏感的元件，因此一旦发生过热，它们就会损坏。
• 如果热敏电阻损坏，则导致整个设备将根本无法工作。
• 一些特制的，无法更换。
• 在选择NTC热敏电阻时，必须验证中心温度的工作点。

应用

NTC热敏电阻的应用包括以下内容。

• NTC热敏电阻可用作极低温测量中的电阻温度计。
• 通常用于数字恒温器。
• 监测电池充电时的温度。
• 在电子电路中用作限流元件。
• 也可以用作保险丝的替代品。
• NTC热敏电阻用作温度补偿器件。