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热敏电阻器作用_热敏电阻器的工作原理

admin4周前 (05-17)电子信息1

 热敏电阻器作用

 热敏电阻通常是由对温度极为敏感、热惰性很小的锰、钴、镍的氧化物烧成半导体陶瓷材料制成的一种非线性电阻,其阻值会随着温度的变化而变化。热敏电阻按温度系数分为负温度系数(NTC)、正温度系数(PTC)和临界温度系数三类。正温度系数电阻的阻值随温度升高而增大,负温度系数电阻的阻值随温度升高而减小,临界温度系数电阻的阻值在临界温度附近时基本为零。

 热敏电阻器大多为直热式,即热源是由电阻器本身通过电流时发热而获取的。此外还有旁热式,需外加热源。常见的热敏电阻器有圆形、垫圈形、管形等,目前应用最广泛的是负温度系数热敏电阻器(NTC),它又可分为测温型、稳压型、普通型。其种类很多且形状各异,常见的有管状、圆片形等。

 正温度系数敏电阻器(PTC)的应用范围越来越广,除用于温度控制和温度测量电路外,还大量应用于彩色电视机的消磁电路及电冰箱、电驱蚊器、电熨斗等家用电器电路中。

 热敏电阻器主要特点

 是对温度灵敏度高,热惰性小,寿命长,体积小,结构简单,以及可制成各种不同的外形结构。因此,随着工农业生产以及科学技术的发展,这种元件已获得了广泛的应用,如温度测量、温度控制、温度补偿、液面测定、气压测定、火灾报警、气象探空、开关电路、过荷保护、脉动电压抑制、时间延迟、稳定振幅、自动增益调整、微波和激光功率测量等等。

 随着近代军事技术、特别是空间技术的发展,对热敏电阻器除了要求高可靠、长寿命、超高温和超低温外,还需要灵敏度更高、不需致冷、性能优良的测辐射功率的热敏器件。

 热敏电阻器的工作原理

 金属的电阻值随植度的升高而增大,但半导体则相反,它的电阻值随温度的升高而急剧减小,并呈现非线性,如下图所示。

 由图可知,在温度变化相同时,热敏电阻器的阻值变化约为铅热电阻的10倍,因此可以说,热敏电阻器对温度的变化特别敏感。

 半导体的这种温度特性。是因为半导体的导电方式是载流子(电子、空穴)导电。由于半导体中载流子的数目远比金属中的自由电子少得多,所以它的电阻率很大。随着温度的升高,半导体中参加导电的载流子数目就会增多,故半导体导电率就增加,它的电阻率也就降低了。

 热敏电阻器正是利用半导体的电阻值随温度显著变化这一特性制成的热敏元件。它是由某些金属氧化物按不同的配方制成的。在一定的温度范围内,根据测量热敏电阻阻值的变化,便可知被测介质的温度变化。

 热敏电阻将长期处于不动作状态;当环境温度和电流处于c区时,热敏电阻的散热功率与发热功率接近,因而可能动作也可能不动作。热敏电阻在环境温度相同时,动作时间随着电流的增加而急剧缩短;热敏电阻在环境温度相对较高时具有更短的动作时间和较小的维持电流及动作电流。

 1、ptc效应是一种材料具有ptc(posiTIve temperature coefficient)效应,即正温度系数效应,仅指此材料的电阻会随温度的升高而增加。如大多数金属材料都具有ptc效应。在这些材料中,ptc效应表现为电阻随温度增加而线性增加,这就是通常所说的线性ptc效应。

 2、非线性ptc效应 经过相变的材料会呈现出电阻沿狭窄温度范围内急剧增加几个至十几个数量级的现象,即非线性ptc效应,相当多种类型的导电聚合体会呈现出这种效应,如高分子ptc热敏电阻。这些导电聚合体对于制造过电流保护装置来说非常有用。

 3、高分子ptc热敏电阻用于过流保护 高分子ptc热敏电阻又经常被人们称为自恢复保险丝(下面简称为热敏电阻),由于具有独特的正温度系数电阻特性,因而极为适合用作过流保护器件。热敏电阻的使用方法象普通保险丝一样,是串联在电路中使用。

 当电路正常工作时,热敏电阻温度与室温相近、电阻很小,串联在电路中不会阻碍电流通过;而当电路因故障而出现过电流时,热敏电阻由于发热功率增加导致温度上升,当温度超过开关温度(ts,见图1)时,电阻瞬间会剧增,回路中的电流迅速减小到安全值。为热敏电阻对交流电路保护过程中电流的变化示意图。热敏电阻动作后,电路中电流有了大幅度的降低,图中t为热敏电阻的动作时间。由于高分子ptc热敏电阻的可设计性好,可通过改变自身的开关温度(ts)来调节其对温度的敏感程度,因而可同时起到过温保护和过流保护两种作用,如kt16-1700dl规格热敏电阻由于动作温度很低,因而适用于锂离子电池和镍氢电池的过流及过温保护。

 环境温度对高分子ptc热敏电阻的影响 高分子ptc热敏电阻是一种直热式、阶跃型热敏电阻,其电阻变化过程与自身的发热和散热情况有关,因而其维持电流(ihold)、动作电流(itrip)及动作时间受环境温度影响。当环境温度和电流处于a区时,热敏电阻发热功率大于散热功率而会动作;当环境温度和电流处于b区时发热功率小于散热功率,高分子ptc热敏电阻由于电阻可恢复,因而可以重复多次使用。图6为热敏电阻动作后,恢复过程中电阻随时间变化的示意图。电阻一般在十几秒到几十秒中即可恢复到初始值1.6倍左右的水平,此时热敏电阻的维持电流已经恢复到额定值,可以再次使用了。面积和厚度较小的热敏电阻恢复相对较快;而面积和厚度较大的热敏电阻恢复相对较慢。

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