NTC负温度系数温度传感器工作原理.docx

NTC负温度系数温度传感器工作原理NTC是Negative Temperature Coefficient的缩写，意思是负的温度系数，泛指 负温度系数很大的半导体材料或元器件，所谓NTC温度传感器器就是负温度系数 温度传感器器它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺 制造而成的这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类 似锗、硅等半导体材料温度低时，这些氧化物材料的载流子(电子和孔穴)数 目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低NTC温度传感器器在室温下的变化范围在100~1000000欧姆，温度系数-2%~-6. 5%NTC温度传感器器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合NTC负温度系数热敏电阻专业术语零功率电阻值RT (Q)RT指在规定温度T时，采用引起电阻值变化相对于总的测量误差来说可以忽略 不计的测量功率测得的电阻值电阻值和温度变化的关系式为：RT = RN expB(l/T - 1/TN)RT ：在温度 T ( K )时的 NTC 热敏电阻阻值RN ：在额定温度 TN ( K )时的 NTC 热敏电阻阻值。

T ：规定温度( K )B ： NTC 热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数exp :以自然数e为底的指数(e = 2.71828…)该关系式是经验公式，只在额定温度 TN 或额定电阻阻值 RN 的有限范围内才具 有一定的精确度，因为材料常数 B 本身也是温度 T 的函数额定零功率电阻值 R25 (Q)根据国标规定，额定零功率电阻值是NTC热敏电阻在基准温度25 °C时测得的 电阻值R25,这个电阻值就是NTC热敏电阻的标称电阻值通常所说NTC热敏 电阻多少阻值，亦指该值材料常数(热敏指数) B 值( K )B 值被定义为:丁 1『2 RtiB =—百厂111飞厂.RT1 ：温度 T1 （ K ）时的零功率电阻值RT2 ：温度 T2 （ K ）时的零功率电阻值T1， T2 ：两个被指定的温度（ K ）对于常用的NTC热敏电阻，B值范围一般在2000K〜6000K之间零功率电阻温度系数（a T ）在规定温度下， NTC 热敏电阻零动功率电阻值的相对变化与引起该变化的温度 变化值之比值1 dRT Ba T ：温度 T （ K ）时的零功率电阻温度系数RT ：温度 T （ K ）时的零功率电阻值。

T ：温度（ T ）B ：材料常数耗散系数（6）在规定环境温度下， NTC 热敏电阻耗散系数是电阻中耗散的功率变化与电阻体 相应的温度变化之比值AP6 ： NTC 热敏电阻耗散系数，（ mW/ K ）△ P : NTC热敏电阻消耗的功率（mW ）△ T : NTC热敏电阻消耗功率△ P时，电阻体相应的温度变化（K ） 热时间常数（T ） 在零功率条件下，当温度突变时，热敏电阻的温度变化了始未两个温度差的 63.2% 时所需的时间，热时间常数与 NTC 热敏电阻的热容量成正比，与其耗散系数 成反比T :热时间常数（S ）C： NTC 热敏电阻的热容量6 : NTC热敏电阻的耗散系数额定功率 Pn在规定的技术条件下，热敏电阻器长期连续工作所允许消耗的功率在此功率下 电阻体自身温度不超过其最高工作温度最高工作温度 Tmax在规定的技术条件下，热敏电阻器能长期连续工作所允许的最高温度即:丁巾磁=讣+ -T-T0-环境温度测量功率 Pm热敏电阻在规定的环境温度下， 阻体受测量电流加热引起的阻值变化相对于总 的测量误差来说可以忽略不计时所消耗的功率一般要求阻值变化大于0.1%，则这时的测量功率Pm为：Pm =1000^电阻温度特性NTC热敏电阻的温度特性可用下式近似表示：只严才式中:RT：温度T时零功率电阻值。

A：与热敏电阻器材料物理特性及几何尺寸有关的系数 B： B 值T：温度（k） 更精确的表达式为：式中：RT：热敏电阻器在温度T时的零功率电阻值 T：为绝对温度值，K；A、B、C、D：为特定的常数热敏电阻的基本特性电阻－温度特性热敏电阻的电阻－温度特性可近似地用式1表示式1) R=R exp {B(I/T-I/T)} ooR :温度T(K)时的电阻值Ro:温度T0(K)时的电阻值B : B 值*T(K)二 t (°C)+273.15但实际上，热敏电阻的B值并非是恒定的，其变化大小因材料构成而异，最大甚 至可达5K/°C因此在较大的温度范围内应用式1时，将与实测值之间存在一 定误差此处，若将式1中的B值用式2所示的作为温度的函数计算时，则可降低与实测 值之间的误差，可认为近似相等式2） B=CT2+DT+ET上式中，C、D、E为常数另外，因生产条件不同造成的B值的波动会引起常数E发生变化，但常数C、D 不变因此，在探讨B值的波动量时，只需考虑常数E即可8226;常数C、D、E的计算常数C、D、E可由4点的(温度、电阻值)数据(T, R). (T, R). (T , R) an0 0 1 1 2 2d (T , R )，通过式3〜6计算。

33首先由式样3根据T和T,T,T的电阻值求出B,B,B,然后代入以下各式样0 1 2 3 1 2 3E=Bi-DTi-CTt Ti(式3)T-i To(式4)壬、_ (B1-B2J Ji-TaJ- ：Ti-W~ (Ti-F2)J2-T-) (Ti-Tu)(式5)Bi-B2-C(Ti+T2)(Ti-W' (I--Ta)(式E)• 电阻值计算例试根据电阻一温度特性表，求25°C时的电阻值为5(kQ), B值偏差为50(K)的 热敏电阻在10°C〜30°C的电阻值8226; 步 骤(1) 根据电阻－温度特性表，求常数 C、D、ET=25+273.15 T=10+273.15 T=20+273.15 T=30+273.15o123(2) 代入 B 二CT2+DT+E+50，求 BTT(3) 将数值代入 R=5exp {(BI/T-I/298.15)}，求 RT*T : 10+273.15〜30+273.15&# 8226; 电阻－温度特性图如图1 所示电阻比2.5(111500(2) 2500(3) 3000(4) 3500(5) 4000(6) 45003P.-T (X10电阻一温度特性(图-门电阻温度系数所谓电阻温度系数(a ),是指在任意温度下温度变化1°C(K)时的零负载电阻变 化率。

电阻温度系数(a )与B值的关系，可将式1微分得到u —— ■打 x 100 — x 100 (%/乜］，,,,(2.1)这里a前的负号(一)，表示当温度上升时零负载电阻降低散热系数 (JIS-C2570)散热系数(6 )是指在热平衡状态下，热敏电阻元件通过自身发热使其温度上升 1°C 时所需的功率在热平衡状态下，热敏电阻的温度'、环境温度T2及消耗功率P之间关系如下 式所示 1(5- 「二卫 鴻e (2 2)■¥■ (P- H ■ R- I ■ V)产品目录记载值为下列测定条件下的典型值1) 25°C 静止空气中2) 轴向引脚、经向引脚型在出厂状态下测定额定功率(JIS-C2570)在额定环境温度下，可连续负载运行的功率最大值产品目录记载值是以25°C为额定环境温度、由下式计算出的值式)额定功率二散热系数X(最高使用温度一25)最大运行功率最大运行功率二tX散热系数…(3.3) 这是使用热敏电阻进行温度检测或温度补偿时，自身发热产生的温度上升容许值 所对应功率JIS中未定义)容许温度上升t°C时，最大运行功率可由下式 计算应环境温度变化的热响应时间常数(JIS-C2570)指在零负载状态下，当热敏电阻的环境温度发生急剧变化时，热敏电阻元件产生 最初温度与最终温度两者温度差的 63.2%的温度变化所需的时间。

热敏电阻的环境温度从T变为丁2时，经过时间t与热敏电阻的温度T之间存在 以下关系T=(T-T)exp(-t/T )+T (3.1)1 2 2(T -T ){1-exp(-t/T )}+T (3.2)2 1 1 常数 T 称热响应时间常数上式中，若令 t=T 时，则(T-T)/(T-T)=0.6321 2 1换言之，如上面的定义所述，热敏电阻产生初始温度差63.2%的温度变化所需的 时间即为热响应时间常数经过时间与热敏电阻温度变化率的关系如下表所示tT-Ii Te-Tit2r3r勺5399,4%耒一1热响应时间常数Ti i 弋 时间tT?锻度T产品目录记录值为下列测定条件下的典型值1) 静止空气中环境温度从50°C至25°C变化时，热敏电阻的温度变化 至 34.2°C 所需时间2) 轴向引脚、径向引脚型在出厂状态下测定另外应注意，散热系数、热响应时间常数随环境温度、组装条件而变化NTC负温度系数热敏电阻R-T特性B 值相同， 阻值不同的 R-T 特性曲线示意图相同阻值，不同 B 值的 NTC 热敏电阻 R-T 特性曲线示意图温度测量、控制用NTC热敏电阻器外形结构环氧封装系列 NTC 热敏电阻28±2 3 8±0J 28±2也 1.8±0.1玻璃封装系列NTC热敏电阻应用电路原理图1 \ThermistorJempersture indicatioriZero adjust温度测量（惠斯登电桥电路）温度控制应用设计•电子温度计、电子万年历、电子钟温度显示、电子礼品; •冷暖设备、加热恒温电器；• 汽车电子温度测控电路；• 温度传感器、温度仪表；• 医疗电子设备、电子盥洗设备；• 电池及充电电器。