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溫度傳感器
玻封热敏电阻
PTC过流保护片
SMD贴片热敏电阻
NTC熱敏電阻
溫度開關(溫控開關)
自恢復貼片保險絲
功率型熱敏電阻器
薄膜熱敏电阻
溫度保險絲
 
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熱敏電阻相關知識

熱是人類最早發現的壹種自然力,是地球上壹切生命的源泉。
                          —恩格斯
溫度的定義和熱機的研制
1、對溫度的研究
  1593年,伽利略利用空氣熱脹冷縮的性質,制成了溫度計的雛形。
  1702年,阿蒙頓制成空氣溫度計,但不準確。
  1724年,荷蘭工人華倫海特在他的論文中,建立了華氏溫標,首先使用水銀代替酒精。
  1742年瑞典的攝爾修斯定義水的沸點為零度,冰的熔點為100度,後施勒默爾將兩個固定點倒過來,建立了攝氏溫標。
  1779年,全世界有溫標19種。
  1854年,開爾文提出開氏溫標,得到世界公認。
2.熱機的發展
  “蒸汽機是壹個真正的國際發明,而這個事實又證實了壹個巨大的歷史進步。”
  1695年,法國人巴本第壹個發明蒸汽機,但操作不便,不安全。
  1705年,鈕科門和科裏制造了新蒸汽機,有壹定實用價值,但用水冷卻氣缸,能量損失很大。
  1769年,英國技工瓦特改進了鈕科門機,加了冷凝器,使機器運作由斷續變連續,從而蒸汽機的使用價值大大提高,導致了歐洲的工業**。
  1785年,熱機被應用於紡織。
  1807年,熱機被美國人富爾頓應用於輪船,1825年被用於火車和鐵路。
3、量熱學和熱傳導理論的建立
  在18世紀前半葉,人們對什麽是溫度,什麽是熱量的概念含糊不清,熱學要發展,有關熱學的壹系列概念就需要有科學的定義。
  經彼得堡院士裏赫曼於1744年開始,英國人布拉克和他的學生伊爾文等逐步工作,終於在1780年前後,溫度、熱量、熱容量、潛熱等壹系列概念都已形成。
4.熱本性說的爭論
1)認為熱是壹種物質,即熱質說。代表人物:伊壁鳩魯、付裏葉、卡諾。
2) 認為熱是物體粒子的內部運動。代表人物:笛卡爾、胡克、羅蒙諾索夫,倫福德。他們認為:“盡管看不到,也不能否定分子運動是存在的。”第三節分子運動論的發展。

壹、早期的分子運動論                              
  1)德莫克裏特(公元前460-前371):認為物質皆由各種不同微粒組成。
  2)1658年,伽桑狄提出,物質是由分子構成的。

二、克勞修斯的理想氣體分子模型
  1857年發表《論熱運動的類型》的文章,以十分明晰和信服的推理,建立了理想氣體分子模型和壓強公式,引入了平均自由程的概念。



三、麥克斯韋的貢獻                                 
  1860年,麥克斯韋發表了《氣體動力論的說明》,第壹次用概率的思想,建立了麥克斯韋分子速率分布律。



四、玻爾茲曼的工作
在麥氏速率分布率的基礎上,第壹次考慮了重力對分子運動的影響,建立了更全面的玻爾茲曼分布律,建立了知名過程方向性的玻爾茲曼H定理,建立了玻爾茲曼熵公式。

五、統計物理學的創立
  在克勞修斯、麥克斯韋、玻爾茲曼研究的基礎上,吉布斯提出:“熱力學的發現基礎建立在力學的壹個分支上”,吉布斯由此建立了統計力學。
  1902年發表了《統計力學的基本理論》,建立了完整的“系綜理論”。
吉布斯(1839-1903):美國物理學家、化學家。
  吉布斯1858年畢業於耶魯大學,1863年獲博士學位,並在耶魯大學任教,後到法國、德國留學,1871年起壹直任耶魯大學數學物理教授。
  吉布斯被美國科學院及歐洲14個科學機構選為院士或通訊院士。1881年獲美國最高科學獎——冉福特獎。1897年被選為英國皇家學會會員。
吉布斯是統計物理和現代化學熱力學的開創者。在統計物理學方面引進了“系綜”的概念,奠定了統計系綜理論。


電阻
中文名稱:電阻
英文名稱:Resistance
定義1:電阻,因為物質對電流產生的阻礙作用,所以稱其該作用下的電阻物質。電阻將會導致電子流通量的變化,電阻越小,電子流通量越大,反之亦然。沒有電阻或電阻很小的物質稱其為電導體,簡稱導體。不能形成電流傳輸的物質稱為電絕緣體,簡稱絕緣體。
           
方形線繞電阻 
 
貼片電阻SMT


超導體

  在電能傳輸過程中,由於導線電阻的存在,都要產生熱效應,白白地消耗了電能,還在物理學中,用電阻(Resistance)來表示導體對電流阻礙作用的大小。導體的電阻越大,表示導體對電流的阻礙作用越大。不同的導體,電阻壹般不同,電阻是導體本身的壹種特性。電阻元件是對電流呈現阻礙作用的耗能元件。  電阻元件的電阻值大小壹般與溫度,材料,長度,還有橫截面積有關,衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數,其定義為溫度每升高1℃時電阻值發生變化的百分數。  電阻是所有電子電路中使用最多的元件。

控制電阻大小的因素
電阻元件的電阻值大小壹般與溫度有關,還與導體長度、粗細、材料有關。衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數,其定義為溫度每升高1℃時電阻值發生變化的百分數。多數(金屬)的電阻隨溫度的升高而升高,壹些半導體卻相反。如:玻璃,碳在溫度壹定的情況下,有公式R=ρl/s其中的ρ就是電阻率,l為材料的長度,單位為m,s為面積,單位為m^2。可以看出,材料的電阻大小正比於材料的長度,而反比於其面積。
阻值標法

  電阻的阻值標法通常有色環法,數字法。色環法在壹般的的電阻上比較常見。

色環法
  所謂色環法既是用不同顏色的色標來表示電阻參數。色環電阻有4個色環的,也有5個色環的,各個色環所代表的意義如下。(詳細見彩色上圖)  
顏色



熱敏電阻  歷史版本
中文名稱:熱敏電阻
英文名稱:thermistor
定義1:
對熱敏感的半導體電阻。其阻值隨溫度變化的曲線呈非線性。

熱敏電阻是開發早、種類多、發展較成熟的敏感元器件.熱敏電阻由半導體陶瓷材料組成,利用的原理是溫度引起電阻變化.若電子和空穴的濃度分別為n、p,遷移率分別為μn、μp,則半導體的電導為: σ=q(nμn+pμp)
熱敏電阻種類和型號選用
2008-11-30 11:35
是電阻值對溫度極為敏感的壹種電阻器,也叫半導體熱敏電阻器。它可由單晶、多晶以及玻璃、塑料等半導體材料制成。這種電阻器具有壹系列特殊的電性能,最基本的特性是其阻值隨溫度的變化有極為顯著的變化,以及伏安曲線呈非線性。
取壹只 100W/220V 燈泡,用萬用表測量其電阻值,可以發現其冷態阻值只有幾十歐姆,而計算得到的額定熱態電阻值應為(P=U2/R)484 。

熱敏電阻的檢測
檢測時,用萬用表歐姆檔(視標稱電阻值確定檔位,壹般為R×1擋),具體可分兩步操作:首先常溫檢測(室內溫度接近25℃),用鱷魚夾代替表筆分別夾住PTC熱敏電阻的兩引腳測出其實際阻值,並與標稱阻值相對比,二者相差在±2Ω內即為正常


      熱敏電阻包括正溫度系數(PTC)和負溫度系數(NTC)熱敏電阻,以及臨界溫度熱敏電阻(CTR).它們的電阻-溫度特性如圖1所示.

       熱敏電阻器種類繁多,壹般按阻值溫度系數可分為負電阻溫度系數(以下簡稱負溫系數)和正電阻溫度系數(以下簡稱正溫系數)熱敏電阻器;按其阻值隨溫度變化的大小可分為緩變和突變型;按其受熱方式可分為直熱式和旁熱式;按其工作溫度範圍可分為常溫、高溫和超低溫熱敏電阻器;按其結構分類有棒狀、圓片、方片、墊圈狀、球狀、線管狀、薄膜以及厚膜等熱敏電阻器。


       熱敏電阻的主要特點是:壹靈敏度較高,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;二工作溫度範圍寬,常溫器件適用於-55℃~315℃,高溫器件適用溫度高於315℃(目前最高可達到2000℃),低溫器件適用於-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;四使用方便,電阻值可在0.1~100kΩ間任意選擇;伍易加工成復雜的形狀,可大批量生產;⑥穩定性好、過載能力強.
  由於半導體熱敏電阻有獨特的性能,所以在應用方面,它不僅可以作為測量元件(如測量溫度、流量、液位等),還可以作為控制元件(如熱敏開關、限流器)和電路補償元件.熱敏電阻廣泛用於家用電器、電力工業、通訊、軍事科學、宇航等各個領域,發展前景極其廣闊.
電阻值與溫度變化具有良好的線性關系;電阻溫度系數要大,便於精確測量;電阻率高,熱容量小,響應速度快;在測溫範圍內具有穩定的物理和化學性能;材料質量要純,容易加工復制,價格便宜。

      熱敏電阻器的主要特點是對溫度靈敏度高,熱惰性小,壽命長,體積小,結構簡單,以及可制成各種不同的外形結構。因此,隨著工農業生產以及科學技術的發展,這種元件已獲得了廣泛的應用,如溫度測量、溫度控制、溫度補償、液面測定、氣壓測定、火災報警、氣象探空、開關電路、過荷保護、脈動電壓抑制、時間延遲、穩定振幅、自動增益調整、微波和激光功率測量等等。 

 壹、PTC熱敏電阻
  PTC(Positive Temperature Coeff1Cient)是指在某壹溫度下電阻急劇增加、具有正溫度系數的熱敏電阻現象或材料,可專門用作恒定溫度傳感器.
 
         非線性型PTC的溫度特性                                                            (PTC熱敏陶瓷的溫度特性)  
            
 
          PTC熱敏電阻內部結構
二、NTC熱敏電阻
  NTC(Negative Temperature Coeff1Cient)是指隨溫度上升電阻呈指數關系減小、具有負溫度系數的熱敏電阻現象和材料.該材料是利用錳、銅、矽、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進行充分混合、成型、燒結等工藝而成的半導體陶瓷,可制成具 有負溫度系數(NTC)的熱敏電阻.

                                        CTR熱敏電阻應用
應用
  臨界溫度熱敏電阻CTR(Crit1Cal Temperature Resistor)具有負電阻突變特性,在某壹溫度下,電阻值隨溫度的增加激劇減小,具有很大的負溫度系數.

2.63能否舉壹些例子說明NTCR的應用?
NTCR的應用舉例
  
右圖是NTC熱敏電阻器吸收浪湧電流對比曲線,使用功率型NTCR前為虛線,使用功率型NTCR後為實線。
附NTC熱敏電阻外形

2.60NTCR的封裝形式有哪些?
NTCR有圓片型、珠型、鎧裝型、厚膜型、簧片型等不同的封裝形式。近年正在發展貼片型工藝,具有從0402到1206標準尺寸的多種封裝,能夠很方便地應用到各種超小型電路中。
SMD系列熱敏電阻

貼片式NTC熱敏電阻

10kΩNTC


    NTCR的溫度特性曲線為負指數曲線。NTCR的阻值在小範圍內隨溫度的變化可以近似地用如下公式表達
式中,R25C是熱敏電阻在25℃時的阻值;B是熱敏電阻材料的開爾文常數,有時也簡稱為B值;t是熱敏電阻的實際攝氏溫度。B值反映了兩個溫度之間的電阻變化規律,B值越大,靈敏度越高。
2.58什麽叫做NTC效應?
NTC效應及NTCR的工作機理
NTC熱敏電阻內部結構

2.NTC熱敏電阻的基本物理特性參數
(1)B值及B值誤差
B值是NTC 熱敏電阻器的熱敏指數,被定義為兩個溫度下零功率電阻值的自然對數之差與這兩溫度倒數之差的比值,壹般用K作為單位。
25℃時阻值為50kΩ,B值(25℃/50℃)為4300K的NTCR

B值誤差涉及NTCR的互換性。對於標稱電阻值精度為±1%的NTCR,B值對應誤差為±1%,其余B值誤差為±2%。對於阻值誤差範圍在±2%的NTCR產品,其壹致性、互換性良好。B值越大,殘余電阻越小,工作時溫升越小。
(2)最大額定功率
最大額定功率是指在環境溫度為+25℃(或可在有關詳細規範中規定的溫度下),能長時間地施加到熱敏電阻上的最大功耗,當環境溫度超過+25℃時,額定功率必須線性地減少,在t L處降到零。
最大額定功率曲線
(3)耗散系數δ(mW/℃)
耗散系數是指熱敏電阻消耗的功率與環境溫度變化之比,δ值越大,受流過NTC熱敏電阻自身的電流影響就越小。壹般地說,時間常數與耗散系數的乘積愈大,則表示電阻器的熱容量愈大,電阻器抑制浪湧電流的能力亦愈強。
(4)額定電流:I:
在工作溫度為T時,通過熱敏電阻的電流。

PTC50歐功率型熱敏電阻
      熱敏電阻的理論研究和應用開發已取得了引人註目的成果.隨著高、精、尖科技的應用,對熱敏電阻的導電機理和應用的更深層次的探索,以及對性能優良的新材料的深入研究,將會取得迅速發展.   
熱電阻溫度傳感器
熱電阻溫度傳感器是利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的。目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。典型的熱阻式傳感器如圖2所示。


熱電阻式溫度傳感器的優點:電阻溫度系數大,靈敏度高;電阻率高,熱慣性小;結構簡單。
熱電阻式溫度傳感器的缺點:阻值與溫度變化呈非線性;穩定性和互換性差。



非接觸式電熱傳感器非接觸式測溫方法是應用物體的熱輻射能量隨溫度的變化而變化的原理。物體輻射能量的大小與溫度有關,當選擇合適的接收檢測裝置時,便可測得被測對象發出的熱輻射能量並且轉換成可測量和顯示的各種信號,實現溫度的測量。這類測溫方法的溫度傳感器主要有光電高溫傳感器、紅外輻射溫度傳感器、光纖高溫傳感器等。測量範圍600—6000度。 紅外輻射溫度傳感器如圖3所示。

                                                           
圖3 紅外輻射溫度傳感器

溫度傳感器的選擇主要是根據測量範圍。當測量範圍預計在總量程之內,可選用鉑電阻傳感器。較窄的量程通常要求傳感器必須具有相當高的基本電阻,以便獲得足夠大的電阻變化。熱敏電阻所提供的足夠大的電阻變化使得這些敏感元件非常適用於窄的測量範圍。如果測量範圍相當大時,熱電偶更適用。最好將冰點也包括在此範圍內,因為熱電偶的分度表是以此溫度為基準的。已知範圍內的傳感器線性也可作為選擇傳感器的附加條件。
伍 產品圖片


1.溫度測量
用於測量溫度的熱敏電阻壹般結構較簡單,價格較低廉。沒有外面保護層的熱敏電阻只能應用在幹燥的地方;密封的熱敏電阻不怕濕氣的侵蝕,可以用在較惡劣的環境下。由於熱敏電阻的阻值較大,故其連接導線的電阻和接觸電阻可以忽略,使用時采用二線制即可。
2.溫度補償
熱敏電阻可在壹定的溫度範圍內對某些元件進行溫度補償。例如,動圈式儀表表頭中的動圈由銅線繞成,溫度升高,其電阻值增大,引起測量誤差,為此可在動圈回路中串入由負溫度系數熱敏電阻組成的電阻網絡,從而抵消由於溫度引起的誤差。實際應用時,將負溫度系數的熱敏電阻與錳銅絲電阻並聯後再與被補償元件串聯,如圖2-19所示。

圖2-19 熱敏電阻對正溫度系數電阻的補償
在晶體管電路中也常采用熱敏電阻補償電路,補償由於溫度引起的漂移,如圖2-20即為其3例。


圖2-20 熱敏電阻對晶體管電路的補償
3.溫度控制
廣泛用於空調、冰箱、熱水器、節能燈等家用電器的測溫、控溫及國防、科技等領域。
1)繼電保護
將負的突變型熱敏電阻埋設在被測物中,並與繼電器串聯,給電路加上恒定的電壓,當周圍的溫度上升到壹定的數值時,電路中的電流可以由十分之幾毫安突變為幾十毫安,因此繼電器動作,從而實現溫度控制或過熱保護。
如圖2-21為用熱敏電阻對電機進行過熱保護的熱繼電器。將3只性能相同的突變型NTC熱敏電阻分別緊靠3個繞組用萬能膠固定,當電機正常運行時溫度較低,三極管VT截止,繼電器J不動作;當電機過負荷、斷相或壹相接地時,電機溫度急劇升高,使熱敏電阻阻值急劇減小到壹定值時,繼電器J吸合,使電機回路斷開,實現保護作用。



            圖2-21 熱繼電器原理圖
(2)溫度上下限報警
如圖2-22所示, 為NTC熱敏電阻,采用運算放大器構成遲滯電壓比較器,當溫度 等於設定值時, ,VTl和VT2都截止,LEDl和LED2都不發光;當 升高時, 減小。 >0,VTl導通,LEDl發光報警;當 下降時, 增加, <0,VT2導通,LED2發光報警。



圖 2-22 溫度上下限報警電路
(3)電子節能燈及電子慎流器預熱啟動
如果節能燈燈絲未經預熱突加高壓啟動,則將導致燈絲材料嚴重濺射,使燈管提前發黑報廢,使用PTC熱敏電阻,在啟動時先預熱燈絲l s左右,然後再加高壓點亮燈管,能有效地防止燈管兩端發黑,同時能防止三極管等燈具線路元件受啟動瞬間大電流及高反壓沖擊,使燈具壽命延長10倍以上。
如圖2-23所示,接通電源瞬間, 處於常溫狀態,其阻值遠低於C阻抗,電流通過 形成回路預熱燈絲,經過1s左右, 階躍到高阻狀態,近似開路,電流通過C形成回路導致LC 諧振產生高壓,使燈管點亮。


                                                                                                                            
圖2-23 PTC熱敏電阻用於節能燈及電子鎮流器預熱啟動原理圖

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