什麼是熱敏電阻、它們的品種、工作原理和性能測試方法

任何導體的電阻通常取決於溫度。金屬的電阻隨著熱量的增加而增加。從物理學的角度來看,這可以通過晶格元素的熱振動幅度的增加和定向電子流的運動阻力的增加來解釋。電解質和半導體的電阻在加熱時會降低 - 這可以通過其他過程來解釋。

NTC熱敏電阻的外觀。

熱敏電阻的工作原理

在許多情況下,電阻的溫度依賴性現像是有害的。因此,白熾燈燈絲在冷態下的低電阻會導致在打開的瞬間燒壞。在加熱或冷卻期間改變固定電阻器的電阻值會導致電路參數的變化。

開發人員正在與這種現像作鬥爭,生產電阻器時降低了 TCR - 電阻溫度係數。這樣的物品比平常更貴。但是有這樣的電子元件,其中電阻對溫度的依賴性是明顯的和標準化的。這些元件稱為熱敏電阻(熱電阻)或熱敏電阻。

熱敏電阻的種類和裝置

根據對溫度變化的響應,熱敏電阻可分為兩大類:

  • 如果加熱時電阻下降,則這種熱敏電阻稱為 NTC熱敏電阻 (具有負電阻溫度係數);
  • 如果加熱過程中電阻增加,則熱敏電阻具有正 TCR(PTC 特性) - 這種元件也稱為 正則表達式.

熱敏電阻的類型取決於製造熱敏電阻的材料的特性。加熱時,金屬會增加電阻,因此,在它們的基礎上(更準確地說,在金屬氧化物的基礎上),會產生具有正 TCR 的熱阻。半導體具有反比關係,因此 NTC 元件是由它們製成的。理論上可以在電解質的基礎上製造具有負 TCR 的熱相關元件,但這種選擇在實踐中極為不便。他的專長是實驗室研究。

熱敏電阻的設計可以不同。它們以圓柱體、珠子、墊圈等形式生產。有兩個輸出(比如 常規電阻)。您可以選擇最方便的形式安裝在工作場所。

主要特徵

任何熱敏電阻最重要的特性是其電阻溫度係數 (TCR)。它顯示了當加熱或冷卻 1 開氏度時電阻的變化量。

雖然以開爾文表示的溫度變化等於攝氏度的變化,但開爾文仍然用於熱電阻的特性。這是由於 Steinhart-Hart 方程在計算中的廣泛使用,它包括以 K 為單位的溫度。

TCR 對 NTC 熱敏電阻為負,對 PTC 熱敏電阻為正。

另一個重要特性是標稱電阻。這是 25°C 時的電阻值。知道了這些參數,就很容易確定熱阻對特定電路的適用性。

此外,對於熱敏電阻的使用,額定電壓和最大工作電壓等特性也很重要。第一個參數決定了元件可以長時間工作的電壓,第二個參數 - 高於該電壓時熱電阻的性能無法保證。

對於 posistors,一個重要的參數是參考溫度 - 電阻對加熱的依賴性圖表上的點,在該點特性發生變化。它定義了PTC電阻的工作區域。

熱敏電阻的溫度範圍。

選擇熱敏電阻時,需要注意它的溫度範圍。在製造商規定的區域外,其特性不規範(這可能導致設備操作錯誤) 或熱敏電阻通常在那裡無法工作。

有條件的圖形指定

在圖表上,熱敏電阻的 UGO 可能略有不同,但熱阻的主要符號是符號 t 在代表電阻的矩形旁邊。沒有這個符號,就不可能確定電阻取決於什麼 - 例如,類似的 UGO 有, 壓敏電阻 (電阻由施加的電壓決定)和其他元素。

電路上熱敏電阻的常規圖形標識。

有時對 UGO 應用一個額外的名稱,它決定了熱敏電阻的類別:

  • NTC 對於具有負 TCS 的元素;
  • PTC 對於posistors。

這種特性有時用箭頭表示:

  • PTC 單向;
  • NTC的多向。

NTC 和 PTC 熱敏電阻的傳統圖形標識。

字母名稱可以不同 - R、RK、TH 等。

如何檢查熱敏電阻的性能

熱敏電阻的第一個檢查是用傳統的萬用表測量標稱電阻。如果在室溫下進行測量,與 +25 °C 相差不大,則測得的電阻不應與外殼或文檔中指示的電阻有顯著差異。

如果環境溫度高於或低於規定值,則必須進行小幅修正。

您可以嘗試獲取熱敏電阻的溫度特性 - 將其與文檔中指定的溫度特性進行比較,或者為未知來源的元素恢復它。

在沒有測量儀器的情況下,可以以足夠的精度創建三種溫度:

  • 融冰(可放入冰箱) - 約0°C;
  • 人體 - 約36°C;
  • 沸水 - 約100°C。

從這些點,您可以得出電阻對溫度的近似依賴性,但對於 posistors 這可能不起作用 - 在它們的 TKS 圖表上,有些區域 R 不是由溫度決定的(低於參考溫度)。如果有溫度計,您可以在幾個點上獲取特性 - 將熱敏電阻放入水中並加熱。每 15 ... 20 度,需要測量電阻並在圖表上繪製值。如果需要取100度以上的參數,可以用油代替水(例如汽車-電機或變速器)。

電阻對溫度的典型依賴性。

該圖顯示了電阻對溫度的典型依賴性——PTC 為實線,NTC 為虛線。

在適用的情況下

熱敏電阻最明顯的用途是 溫度傳感器. NTC 和 PTC 熱敏電阻都適用於此目的。只需根據工作區域選擇元件並考慮測量裝置中熱敏電阻的特性即可。

您可以構建一個熱繼電器 - 當電阻(更準確地說,它的電壓降)與給定值進行比較時,當超過閾值時,輸出切換。這種裝置可以用作熱控制裝置或火災探測器。溫度計的創建基於間接加熱現象 - 當熱敏電阻從外部源加熱時。

同樣在使用熱電阻的領域,使用直接加熱 - 熱敏電阻被通過它的電流加熱。 NTC 電阻器可以通過這種方式來限制電流 - 例如,在打開時為大電容器充電時,以及限制電動機的啟動電流等。在冷狀態下,熱相關元件具有很大的電阻。當電容器部分充電(或電機達到其額定轉速)時,熱敏電阻將有時間隨著流動的電流升溫,其阻值下降,不再影響電路的工作。

同樣,您可以通過串聯一個熱敏電阻來延長白熾燈的使用壽命。它將在最困難的時刻限制電流 - 當電壓打開時(此時大多數燈都會失效)。預熱後,它將不再影響燈泡。

相反,具有正特性的熱敏電阻用於在運行期間保護電動機。如果繞組電路中的電流由於電機失速或軸負載過大而升高,PTC 電阻器將發熱並限制該電流。

NTC熱敏電阻也可用作其他組件的熱補償器。因此,如果 NTC 熱敏電阻與設置晶體管模式並具有正 TKS 的電阻並聯安裝,則溫度變化將以相反的方式影響每個元件。結果,溫度的影響得到了補償,晶體管的工作點沒有偏移。

有稱為間接加熱的熱敏電阻的組合設備。溫度相關元件和加熱器位於這種元件的一個外殼中。它們之間存在熱接觸,但它們是電隔離的。通過改變通過加熱器的電流,可以控制電阻。

具有不同特性的熱敏電阻在工程中被廣泛使用。除了標準應用程序外,它們的工作範圍還可以擴展。一切僅受開發人員的想像力和資格限制。

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