热敏电阻的作用是什么?热敏电阻如何检测?

发布时间:14-11-19 16:08分类:技术文章 标签:电阻测试仪
随着电子产品向小型化、轻量化、薄型化及多功能化方向发展,印制电路板上元器件组装密度越来越大,要求元器件体积越来越小,促使元器件向片式化、集成化方向发展,贴片式元器件和表面组装技术的应用日益广泛。在电路系统中*澳门新蒲京官网网址,重要的三种元件—电阻、电容器和电感器中,**实现片式化的*是电阻。
热敏电阻
热敏电阻是电阻值对温度极为敏感的一种电阻,也称为半导体热敏电阻,是热敏元件同时又是敏感电阻的一个种类。热敏电阻的主要特点是对温度灵敏度高、热惰性小、寿命长、体积小、结构简单、可以有不同的外形,成为目前应用十分广泛的敏感电阻。
热敏电阻的主要参数 热敏电阻有如下几个主要参数:
(1)标称电阻值R1:它是指元件上所标注的电阻值,也称为零功率电阻值,是指在25℃时采用引起电阻值变化不超过0.1%所测得的电阻值,故常用R25℃来表示(单位为Ω)。
(2)额定功率:热敏电阻在规定的技术条件下,长期连续工作所允许消耗的功率称为额定功率,一般用PE表示(单位为W)。厂家在参数表中提供的额定功率值是指在25℃时的功率值。当温度高于25℃时,应当降额使用。
(3)电阻温度系数:它是指在零功率条件下,温度每变化1℃时电阻值的变化量,一般用αT表示,单位为1/℃。若温度变化前的电阻值是R,温度变化后电阻值的变化量为△RT,温度变化量为△T,则电阻温度系数可表示为αT=(△RT/R)△T。
(4)转变点温度:一般指临界热敏电阻和开关型正温度系数热敏电阻的电阻—温度特性曲线上的拐点温度,通常用Tc表示,单位为℃或K。转变点温度也称为居里点温度。
热敏电阻的分类
热敏电阻的种类繁多,按照电阻值温度系数分正温度系数热敏电阻(PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)两大类;按其阻值随温度变化的大小可分为缓变型(即线性)和突变型(即非线性);按其受热方式不同可分为直热式和旁热式,按其工作温度范围可分为常温型(-55
to
315℃)、低温型(<-55℃)和高温型(>315℃)三大类;按所用材料可分为陶瓷热敏电阻、半导体(单晶)热敏电阻、金属膜热敏电阻、塑料热敏电阻、碳化硅(SiC)热敏电阻和玻璃态热敏电阻等;按其结构不同可分为棒状、球状、垫圈状、盘状、珠状、线管状、圆片、方片及薄膜与厚膜等热敏电阻;按其封装形式可分为传统引线式(适用于通孔式焊接)和贴片式(适用于表面组装)两种形式。图1所示为几种热敏电阻的外形。
NTC热敏电阻
NTC热敏电阻是采用多晶金属如铁、钴、镍、铜、锰、钛、钒等氧化物半导体制成的,其电阻值随温度升高而降低。NTC热敏电阻在电路中常用作温度补偿、温度检测与控制的感温元件,也用作浪涌电流限制器。NTC热敏电阻的电阻—温度特性曲线如图2所示。不同材料制成的NTC热敏电阻的电阻—温度特性曲线存在一些差异,但其共同点*是都具有负的温度系数,范围一般为-(1~6)×10-2/℃。限制浪涌电流用NTC热敏电阻通常连接在桥式整流器输入线路上,如图3所示。在接通AC线路之后,将有一个非常大的电流对平滑滤波电容器充电。由于NTC热敏元件(RT)的接入,其在室温下的电阻较大,对浪通电流起限制作用。随RT温度升高,其电阻值急剧降低,对输入电流的影响很小。
图2 图3 PTC热敏电阻 PTC是Positive Temperature
Coefficient的缩写,为正温度系数的意思。它包括:突变型(阶跃型)PTC热敏电阻器及缓变型(线性)PTC热敏电阻器两种。其突变型(阶跃型)PTC热敏电阻器又细分两类,一类为陶瓷PTC热敏电阻器(CPTC),在BaTiO3,V2O5,BN等材料中掺入半导化元素后都可发现PTC效应。目前得到广泛应用的是BaTiO3系PTC热敏电阻器;第二类是有机高分子PTC热敏电阻器(PPTC),在聚乙烯高分子材料中掺入碳黑形成PTC效应。这里介绍的是BaTiO3系PTC热敏电阻器,属于典型的直热式阶跃型正温度系数热敏电阻器,当温度增加到居里温度以上时,其电阻值呈阶跃式增加,可达到4~10个数量级。温度的变化可以由流过热敏电阻的电流来获得,也可以由外界输入热能或者这二者的迭加来获得。
图4 热敏电阻的应用
热敏电阻可作为电子线路元件用于仪表线路温度补偿和温差电偶冷端温度补偿等。利用NTC热敏电阻的自热特性可实现自动增益控制,构成RC振荡器稳幅电路,延迟电路和保护电路。在自热温度远大于环境温度时阻值还与环境的散热条件有关,因此在流速计、流量计、气体分析仪、热导分析中常利用热敏电阻这一特性,制成专用的检测元件。PTC热敏电阻主要用于电器设备的过热保护、无触点继电器、恒温、自动增益控制、电机启动、时间延迟、彩色电视自动消磁、火灾报警和温度补偿等方面。

热敏电阻包括正温度系数和负温度系数热敏电阻。
热敏电阻的主要特点是:①灵敏度较高,其电阻温度系数要比金属大10~100倍以上;②工作温度范围宽,常温器件适用于-55℃~315℃,高温器件适用温度高于315℃(目前最高可达到2000℃)低温器件适用于-273℃~55℃;
③体积小,能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度;④使用方便,电阻值可在0.1~100kΩ间任意选择;⑤易加工成复杂的形状,可大批量生产;⑥稳定性好、过载能力强.
由于半导体热敏电阻有独特的性能,所以在应用方面它不仅可以作为测量元件(如测量温度、流量、液位等),还可以作为控制元件(如热敏开关、限流器)和电路补偿元件。热敏电阻广泛用于家用电器、电力工业、通讯、军事科学、宇航等各个领域,发展前景极其广阔。
一、PTC热敏电阻 PTC(Positive Temperature
Coeff1Cient)是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻现象或材料,可专门用作恒定温度传感器。该材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为主要成分的烧结体,
其中掺入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物进行原子价控制而使之半导化,常将这种半导体化的BaTiO3等材料简称为半导瓷;同时还添加增大其正电阻温度系数的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物,采用一般陶瓷工艺成形、高温烧结而使钛酸铂等及其固溶体半导化,从而得到正特性的热敏电阻材料.其温度系数及居里点温度随组分及烧结条件不同而变化。
钛酸钡晶体属于钙钛矿型结构,它是一种铁电材料,纯钛酸钡是一种绝缘材料。
在钛酸钡材料中加入微量稀土元素,进行适当热处理后,在居里温度附近,电阻率陡增几个数量级,产生PTC效应,此效应与BaTiO3晶体的铁电性及其在居里温度附近材料的相变有关。钛酸钡半导瓷是一种多晶材料,晶粒之间存在着晶粒间界面。
该半导瓷当达到某一特定温度或电压,晶体粒界就发生变化,从而电阻急剧变化。
钛酸钡半导瓷的PTC效应起因于粒界。对于导电电子来说,晶粒间界面相当于一个势垒。温度低时,由于钛酸钡内电场的作用,导致电子极容易越过势垒,则电阻值较小。
当温度升高到居里点温度附近时,内电场受到破坏,它不能帮助导电电子越过势垒。这相当于势垒升高,电阻值突然增大,产生PTC效应。钛酸钡半导瓷的PTC效应的物理模型有海望表面势垒模型、丹尼尔斯等人的钡缺位模型和叠加势垒模型,它们分别从不同方面对PTC效应作出了合理解释。
PTC热敏电阻于1950年出现,随后1954年出现了以钛酸钡为主要材料的PTC热敏电阻。PTC热敏电阻在工业上可用作温度的测量与控制,
也用于汽车某部位的温度检测与调节,还大量用于民用设备,如控制瞬间开水器的水温、空调器与冷库的温度,
利用本身加热作气体分析和风速机等方面。
PTC热敏电阻除用作加热元件外,同时还能起到“开关”的作用,兼有敏感元件、加热器和开关三种功能,称之为“热敏开关”。
电流通过元件后引起温度升高,即发热体的温度上升,当超过居里点温度后,电阻增加,从而限制电流增加,
于是电流的下降导致元件温度降低,电阻值的减小又使电路电流增加,元件温度升高,周而复始,因此具有使温度保持在特定范围的功能,又起到开关作用。
利用这种阻温特性做成加热源,作为加热元件应用的有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等,还可对电器起到过热保护作用.
二、NTC热敏电阻 NTC(Negative Temperature
Coeff1Cient)是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料。
该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷,可制成具有负温度系数的热敏电阻。它的其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化。现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系NTC热敏电阻材料。
NTC热敏电阻器的发展经历了漫长的阶段。1834年,科学家首次发现了硫化银有负温度系数的特性。1930年,科学家发现氧化亚铜-氧化铜也具有负温度系数的性能,并将之成功地运用在航空仪器的温度补偿电路中。随后,由于晶体管技术的不断发展,热敏电阻器的研究取得重大进展。1960年研制出了NTC热敏电阻器,广泛用于测温、控温、温度补偿等方面。
它的测量范围一般为-10~+300℃,也可做到-200~+10℃。
热敏电阻器温度计的精度可以达到0.1℃,感温时间可少至10s以下。
它不仅适用于粮仓测温仪,同时也可应用于食品储存、医药卫生、科学种田、海洋、深井、高空、冰川等方面的温度测量.
对于工程师来说,利用万用表测电阻是最基础的工作。同时要求新人工程师必须牢牢掌握的的一项技术。本文就和新人工程师一起分享万用表测电阻的相关知识,解析如何使用万用表测试热敏电阻的好坏。
正温度系数热敏电阻的检测与万用表测电阻的大多数方法一样,在使用指针式万用表检测正温度系数热敏电阻好坏情况时,我们需要将万用表调到R×1挡,具体的操作步骤可分两步。进行常温检测(室内温度接近25℃)时,首先将两表笔接触PTC热敏电阻的两引脚测出其实际阻值,并与标称阻值相对比,二者相差在±2Ω内即为正常。实际阻值若与标称阻值相差过大,则说明其性能不良或已损坏。对热敏电阻的加温检测是在常温测试正常的基础上进行的,当使用上文中介绍的万用表测电阻好坏办法检测该热敏电阻正常时,即可进行第二步测试—加温检测,将一热源靠近PTC热敏电阻对其加热,同时用万用表监测其电阻值是否随温度的升高而增大,如果是,说明热敏电阻正常,若阻值无变化则说明其性能变劣,不能继续使用。此时需要注意,不要使热源与PTC热敏电阻靠得过近或直接接触热敏电阻,以防止将其烫坏。负温度系数热敏电阻的检测当使用万用表测电阻技术对负温度系数热敏电阻进行好坏程度检测是,其方法与测量普通固定电阻的方法相同,即根据负温度系数热敏电阻的标称阻值选择合适的电阻挡,就能够直接测出Rt的实际值。但因NTC热敏电阻对温度很敏感,因此在测试时需要特别注意几个问题。首先,ARt是生产厂家在环境温度为25℃时所测得的,所以用万用表测量Rt时,页应在环境温度接近25℃时进行,以保证测试的可信度。其次,测量功率不得超过规定值,以免电流热效应引起测量误差。再就是测试时注意不要用手捏住热敏电阻体,以防止人体温度对测试产生影响。在使用万用表测电阻技术对负温度系数热敏电阻进行温度系数αt估测时,首先要在室温t1下测得电阻值Rt1,然后再用电烙铁作热源,靠近热敏电阻Rt,测出电阻值RT2,同时用温度计测出此时热敏电阻RT表面的平均温度t2再进行计算。这样所测试出的结果才是最精确的。