热敏电阻法

电阻技术

热敏电阻(Thermistor,Thermal Resistor 之缩写)，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻，利用热敏电阻的特性进行相关应用的方法叫热敏电阻法。

原理介绍

热敏电阻由半导体陶瓷材料组成,利用原理是温度引起电阻变化.若电子和空穴的浓度分别为 n、p,迁移率分别为μn、μp,则半导体的电导为:σ=q(nμ n+pμp)因为 n、p、μn、μp 都是依赖温度 T 的函数,所以电导是温度的函数,因此可由测量电导而推算出温度的高低,并能做出电阻-温度特性曲线.这就是半导体热敏电阻的工作原理.就其电阻系数之大小而言,乃属于半导体;而依其电阻值随温度变化的情形,主要可将其分为负温度系数 (NTC, Negative Temperature Coefficient)热敏电阻及正温度系数(PTC, Positive Temperature Coefficient)热敏电阻两种。

分类特性

电阻-温度特性

NTC(负温度系数)的电阻值可以随温度的上升而下降,由于其温度系数非常大,所以可以检知微小的温度变化,因此被广泛应用在温度的量测、电路软启动,控制与补偿。常规的热敏电阻温度传感器都是由 NTC 热敏电阻制成。

PTC(正温度系数)的电阻值可以随温度的上升而增大,由于其温度系数非常大,主要用在消磁电路、加热器、电路保护、电机启动、暖风机, 风速测量,温度控制与补偿。

电流-电压特性

当通入的电流小,几乎不使元件本身发热时,电阻值是一定值。当电流增加,NTC 热敏电阻产生的焦耳热使元件本身的温度上升(self-heating),并与环境进行热交换。此电流-电压特性的典型应用为液位感测器,其基本原理是利用 NTC 热敏电阻在液体和空气中的热散失差异;如前所述,NTC 热敏电阻通以电流后产生焦耳热而升温,其热量传导至周围介质,平衡温度将随介质种类而不同。利用此现象可检知 NTC 热敏电阻在液体中或空气中,以适时启动警示灯。

电流-时间特性

NTC 热敏电阻的另一个重要参数是时间,亦即使 NTC 热敏电阻从某一电阻值改变到另一电阻值所需的时间。当开始加电压于 NTC 热敏电阻时是定电阻、定电流的状态,而在自热区域(self-heating)则电阻下降、电流增加。而其改变速率则和加于 NTC 热敏电阻上的功率和元件本身的 Thermal Mass、形状/结构及环境状况等因素有关。此一电流-时间特性可用于抑制突波电流,又不至于对电路的总电流造成太大的影响。因此被广泛应用于 OA 机器的交换式电源供应器中,以抑制电源开启时,引发的突波电流,如此可以防止熔丝的熔断与保护电子线路及其他电子元件, 以提高 OA 机器的可靠度.

非线性特性

热敏电阻由于物理结构所造成的,所以非线性较大,因此在使用时要进行线性化处理。线性化处理虽然能够改善热敏电阻的特性曲线,但是比较复杂。为此,在要求不高的一般应用中,常做出在一定的温度范围内温度与阻值成线性关系的假定,以简化计算。使用热敏电阻是为了感知温度,给热敏电阻通以恒定的电流,电阻两端就可测到一个电压,然后通过公式下面的公式可求得温度:T=T0-KVT

T 为被测温度;T0 为与热敏电阻特性有关的温度参数;K 为与热敏电阻特性有关的系数;虚拟化技术,VT 为热敏电阻两端的电压。根据这一公式,如果能测得热敏电阻两端的电压,再知道参数 T0 和 K,则可以计算出热敏电阻的环境温度,也就是被测的温度,这样就把电阻随温度的变化关系转化为电压随温度变化的关系了。

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