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(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對(duì)溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時(shí)電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)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(shù),泛指正溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件。通常我們提到的PTC是指正溫度系數(shù)熱敏電阻,簡(jiǎn)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(dǎo)體電阻,超過一定的溫度(居里溫度)時(shí),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(jié)構(gòu)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(dǎo)特性.通過有目的的摻雜一種化學(xué)價(jià)較高的材料作為晶體的點(diǎn)陣元來達(dá)到的:在晶格中鋇離子或鈦酸鹽離子的一部分被較高價(jià)的離子所替換,因而得到了一定數(shù)目產(chǎn)生導(dǎo)電性的自由電子.對(duì)于PTC熱敏電阻效應(yīng),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(gòu)成的,在晶粒的界面上,即所謂的晶粒邊界(晶界)上形成勢(shì)壘,阻礙電子越界進(jìn)進(jìn)到相鄰區(qū)域中往,因此而產(chǎn)生高的電阻.這種效應(yīng)在溫度低時(shí)被抵消:在晶界上高的介電常數(shù)和自發(fā)的極化強(qiáng)度在低溫時(shí)阻礙了勢(shì)壘的形成并使電子可以自由地活動(dòng).而這種效應(yīng)在高溫時(shí),介電常數(shù)和極化強(qiáng)度大幅度地降低,導(dǎo)致勢(shì)壘及電阻大幅度地增高,呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的PTC效應(yīng)。

PTC熱敏電阻制造流程：將能夠達(dá)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(zhǎng)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(jié)成陶瓷,然后上電極使其金屬化,根據(jù)其電阻值分檔檢測(cè).按照成品的結(jié)構(gòu)形式釬焊封裝或裝配外殼,之后進(jìn)行的全面檢測(cè)。

特點(diǎn)

熱敏電阻的主要特點(diǎn)是：

①靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10～100倍以上，能檢測(cè)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(dá)到2000℃），低溫器件適用于-273℃～55℃；

③體積小，能夠測(cè)量其他溫度計(jì)無(wú)法測(cè)量的空隙、腔體及生物體內(nèi)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(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；

⑥穩(wěn)定性好、過載能力強(qiáng)。

參數(shù)

額定零功率電阻R25

零功率電阻，是指在某一溫度下測(cè)量PTC熱敏電阻值時(shí)，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(jì)。額定零功率電阻指環(huán)境溫度25℃條件下測(cè)得的零功率電阻值。

居里溫度Tc

對(duì)于PTC熱敏電阻的應(yīng)用來說，電阻值開始陡峭地增高時(shí)的溫度是重要的，我們將其定義為居里溫度。居里溫度對(duì)應(yīng)的PTC熱敏電阻的電阻RTc=2*Rmin。

溫度系數(shù)α

PTC熱敏電阻的溫度系數(shù)定義為溫度變化導(dǎo)致的電阻的相對(duì)變化。溫度系數(shù)越大，PTC熱敏電阻對(duì)溫度變化的反應(yīng)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(shí)將會(huì)擊穿失效。

表面溫度Tsurf

表面溫度Tsurf是指當(dāng)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(dá)較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，PTC熱敏電阻表面的溫度。

動(dòng)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(dòng)作電流。動(dòng)作電流的最小值稱為最小動(dòng)作電流。

不動(dòng)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(dòng)作電流。不動(dòng)作電流的值稱為不動(dòng)作電流。

非線性問題

如果您打算在整個(gè)溫度范圍內(nèi)均使用熱敏電阻溫度傳感器件，那么該器件的設(shè)計(jì)工作會(huì)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(dāng)您需要將熱敏電阻的阻值轉(zhuǎn)換為電壓值時(shí)，該器件可以簡(jiǎn)化其中的一個(gè)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(shù)字形式捕獲熱敏電阻的非線性行為。

“熱敏電阻”一詞源于對(duì)“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(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻非常適用于高精度溫度測(cè)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(shí)現(xiàn)。其中，T為開氏溫度；RT為熱敏電阻在溫度T時(shí)的阻值；而A0、A1和A3則是由熱敏電阻生產(chǎn)廠商提供的常數(shù)。

熱敏電阻的阻值會(huì)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(diǎn)。在進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，需要驅(qū)動(dòng)一個(gè)通過熱敏電阻的參考電流，以創(chuàng)建一個(gè)等效電壓，該等效電壓具有非線性的響應(yīng)。您可以使用配備在微控制器上的參照表，嘗試對(duì)熱敏電阻的非線性響應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。即使您可以在微控制器固件上運(yùn)行此類算法，但您還是需要一個(gè)高精度轉(zhuǎn)換器用于在出現(xiàn)極端值溫度時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)捕獲。

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

Figure1,請(qǐng)注意，在圖1中對(duì)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(hào)控制在一定范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi)ADC能夠提供可靠地轉(zhuǎn)換，從而對(duì)熱敏電阻的溫度進(jìn)行識(shí)別。

微控制器固件的溫度傳感算法可讀取10位精度的ADC數(shù)字值，并將其傳送到PGA滯后軟件程序。PGA滯后程序會(huì)校驗(yàn)PGA增益設(shè)置，并將ADC數(shù)字值與圖1顯示的電壓節(jié)點(diǎn)的值進(jìn)行比較。如果ADC輸出超過了電壓節(jié)點(diǎn)的值，則微控制器會(huì)將PGA增益設(shè)置到下一個(gè)較高或較低的增益設(shè)定值上。如果有必要，微控制器會(huì)再次獲取一個(gè)新的ADC值。然后PGA增益和ADC值會(huì)被傳送到一個(gè)微控制器分段線性內(nèi)插程序。

從非線性的熱敏電阻上獲取數(shù)據(jù)有時(shí)候會(huì)被看作是一項(xiàng)“不可能實(shí)現(xiàn)的任務(wù)”。您可以將一個(gè)串聯(lián)電阻、一個(gè)微控制器、一個(gè)10位ADC以及一個(gè)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(cè)量難題。