熱敏電阻

熱敏電阻的寫法

熱敏電阻介紹

熱敏電阻器是敏感元件的一類，按照溫度系數不同分為正溫度系數熱敏電阻器（PTC）和負溫度系數熱敏電阻器（NTC）。熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感，不同的溫度下表現出不同的電阻值。正溫度系數熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時電阻值越大，負溫度系數熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導體器件。

特性

PTC熱敏電阻：PTC是PositiveTemperatureCoefficient的縮寫,意思是正的溫度系數,泛指正溫度系數很大的半導體材料或元器件。通常我們提到的PTC是指正溫度系數熱敏電阻,簡稱PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導體電阻,超過一定的溫度(居里溫度)時,它的電阻值隨著溫度的升高呈階躍性的增高。

PTC熱敏電阻組織結構和功能原理：陶瓷材料通常用作高電阻的優(yōu)良盡緣體,而陶瓷PTC熱敏電阻是以鈦酸鋇為基,摻雜其它的多晶陶瓷材料制造的,具有較低的電阻及半導特性.通過有目的的摻雜一種化學價較高的材料作為晶體的點陣元來達到的:在晶格中鋇離子或鈦酸鹽離子的一部分被較高價的離子所替換,因而得到了一定數目產生導電性的自由電子.對于PTC熱敏電阻效應,也就是電阻值階躍增高的原因,在于材料組織是由很多小的微晶構成的,在晶粒的界面上,即所謂的晶粒邊界(晶界)上形成勢壘,阻礙電子越界進進到相鄰區(qū)域中往,因此而產生高的電阻.這種效應在溫度低時被抵消:在晶界上高的介電常數和自發(fā)的極化強度在低溫時阻礙了勢壘的形成并使電子可以自由地活動.而這種效應在高溫時,介電常數和極化強度大幅度地降低,導致勢壘及電阻大幅度地增高,呈現出強烈的PTC效應。

PTC熱敏電阻制造流程：將能夠達到電氣性能和熱性能要求的混合物(碳酸鋇和二氧化鈦以及其它的材料)稱量、混合再濕法研磨,脫水干燥后干壓成型制成圓片形、長方形、圓環(huán)形、蜂窩狀的毛坯。這些壓制好的毛坯在較高的溫度下(1400℃左右)燒結成陶瓷,然后上電極使其金屬化,根據其電阻值分檔檢測.按照成品的結構形式釬焊封裝或裝配外殼,之后進行的全面檢測。

特點

熱敏電阻的主要特點是：

①靈敏度較高，其電阻溫度系數要比金屬大10～100倍以上，能檢測出10-6℃的溫度變化；

②工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55℃～315℃，高溫器件適用溫度高于315℃（目前可達到2000℃），低溫器件適用于-273℃～55℃；

③體積小，能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體內血管的溫度；

④使用方便，電阻值可在0.1～100kΩ間任意選擇；

⑤易加工成復雜的形狀，可大批量生產；

⑥穩(wěn)定性好、過載能力強。

參數

額定零功率電阻R25

零功率電阻，是指在某一溫度下測量PTC熱敏電阻值時，加在PTC熱敏電阻上的功耗極低，低到因其功耗引起的PTC熱敏電阻的阻值變化可以忽略不計。額定零功率電阻指環(huán)境溫度25℃條件下測得的零功率電阻值。

居里溫度Tc

對于PTC熱敏電阻的應用來說，電阻值開始陡峭地增高時的溫度是重要的，我們將其定義為居里溫度。居里溫度對應的PTC熱敏電阻的電阻RTc=2*Rmin。

溫度系數α

PTC熱敏電阻的溫度系數定義為溫度變化導致的電阻的相對變化。溫度系數越大，PTC熱敏電阻對溫度變化的反應越靈敏。α=(lgR2-lgR1)/lge(T2-T1)

額定電壓VN

額定電壓是在工作電壓Vmax以下的供電電壓。通常Vmax=VN+15[%]

擊穿電壓VD

擊穿電壓是指PTC熱敏電阻的電壓承受能力。PTC熱敏電阻在擊穿電壓以上時將會擊穿失效。

表面溫度Tsurf

表面溫度Tsurf是指當PTC熱敏電阻在規(guī)定的電壓下并且與周圍環(huán)境間處于熱平衡狀態(tài)已達較長時間時，PTC熱敏電阻表面的溫度。

動作電流Ik

流過PTC熱敏電阻的電流，足以使PTC熱敏電阻自熱溫升超過居里溫度，這樣的電流稱為動作電流。動作電流的最小值稱為最小動作電流。

不動作電流INk

流過PTC熱敏電阻的電流，不足以使PTC熱敏電阻自熱溫升超過居里溫度，這樣的電流稱為不動作電流。不動作電流的值稱為不動作電流。

非線性問題

如果您打算在整個溫度范圍內均使用熱敏電阻溫度傳感器件，那么該器件的設計工作會頗具挑戰(zhàn)性。熱敏電阻通常為一款高阻抗、電阻性器件，因此當您需要將熱敏電阻的阻值轉換為電壓值時，該器件可以簡化其中的一個接口問題。然而更具挑戰(zhàn)性的接口問題是，如何利用線性ADC以數字形式捕獲熱敏電阻的非線性行為。

“熱敏電阻”一詞源于對“熱度敏感的電阻”這一描述的概括。熱敏電阻包括兩種基本的類型，分別為正溫度系數熱敏電阻和負溫度系數熱敏電阻。負溫度系數熱敏電阻非常適用于高精度溫度測量。要確定熱敏電阻周圍的溫度，您可以借助Steinhart-Hart公式：T=1/(A0+A1(lnRT)+A3(lnRT3))來實現。其中，T為開氏溫度；RT為熱敏電阻在溫度T時的阻值；而A0、A1和A3則是由熱敏電阻生產廠商提供的常數。

熱敏電阻的阻值會隨著溫度的改變而改變，而這種改變是非線性的，Steinhart-Hart公式表明了這一點。在進行溫度測量時，需要驅動一個通過熱敏電阻的參考電流，以創(chuàng)建一個等效電壓，該等效電壓具有非線性的響應。您可以使用配備在微控制器上的參照表，嘗試對熱敏電阻的非線性響應進行補償。即使您可以在微控制器固件上運行此類算法，但您還是需要一個高精度轉換器用于在出現極端值溫度時進行數據捕獲。

另一種方法是，您可以在數字化之前使用“硬件線性化”技術和一個較低精度的ADC。(Figure1)其中一種技術是將一個電阻RSER與熱敏電阻RTHERM以及參考電壓或電源進行串聯（見圖1）。將PGA（可編程增益放大器）設置為1V/V，但在這樣的電路中，一個10位精度的ADC只能感應很有限的溫度范圍（大約±25°C）。

Figure1,請注意，在圖1中對高溫區(qū)沒能解析。但如果在這些溫度值下增加PGA的增益，就可以將PGA的輸出信號控制在一定范圍內，在此范圍內ADC能夠提供可靠地轉換，從而對熱敏電阻的溫度進行識別。

微控制器固件的溫度傳感算法可讀取10位精度的ADC數字值，并將其傳送到PGA滯后軟件程序。PGA滯后程序會校驗PGA增益設置，并將ADC數字值與圖1顯示的電壓節(jié)點的值進行比較。如果ADC輸出超過了電壓節(jié)點的值，則微控制器會將PGA增益設置到下一個較高或較低的增益設定值上。如果有必要，微控制器會再次獲取一個新的ADC值。然后PGA增益和ADC值會被傳送到一個微控制器分段線性內插程序。

從非線性的熱敏電阻上獲取數據有時候會被看作是一項“不可能實現的任務”。您可以將一個串聯電阻、一個微控制器、一個10位ADC以及一個PGA合理的配合使用，以解決非線性熱敏電阻在超過±25°C溫度以后所帶來的測量難題。