什么是热敏电阻、它们的品种、工作原理和性能测试方法

任何导体的电阻通常取决于温度。金属的电阻随着热量的增加而增加。从物理学的角度来看,这可以通过晶格元素的热振动幅度的增加和定向电子流的运动阻力的增加来解释。加热时电解质和半导体的电阻会降低 - 这可以通过其他过程来解释。

NTC热敏电阻的外观。

热敏电阻的工作原理

在许多情况下,电阻的温度依赖性现象是有害的。因此,白炽灯灯丝在冷态下的低电阻会导致在打开的瞬间烧坏。在加热或冷却期间改变固定电阻器的电阻值会导致电路参数的变化。

开发人员正在与这种现象作斗争,生产电阻器时降低了 TCR - 电阻温度系数。这样的物品比平常更贵。但是有这样的电子元件,其中电阻对温度的依赖性是明显的和标准化的。这些元件称为热敏电阻(热电阻)或热敏电阻。

热敏电阻的种类和装置

根据对温度变化的响应,热敏电阻可分为两大类:

  • 如果加热时电阻下降,则这种热敏电阻称为 NTC热敏电阻 (具有负电阻温度系数);
  • 如果加热过程中电阻增加,则热敏电阻具有正 TCR(PTC 特性) - 这种元件也称为 正则表达式.

热敏电阻的类型取决于制造热敏电阻的材料的特性。加热时,金属会增加电阻,因此,在它们的基础上(更准确地说,在金属氧化物的基础上),会产生具有正 TCR 的热阻。半导体具有反比关系,因此 NTC 元件是由它们制成的。理论上可以在电解质的基础上制造具有负 TCR 的热相关元件,但这种选择在实践中极为不便。他的专长是实验室研究。

热敏电阻的设计可以不同。它们以圆柱体、珠子、垫圈等形式生产。有两个输出(比如 常规电阻)。您可以选择最方便的形式安装在工作场所。

主要特征

任何热敏电阻最重要的特性是其电阻温度系数 (TCR)。它显示了当加热或冷却 1 开氏度时电阻的变化量。

虽然以开尔文表示的温度变化等于摄氏度的变化,但开尔文仍然用于热电阻的特性。这是由于 Steinhart-Hart 方程在计算中的广泛使用,它包括以 K 为单位的温度。

TCR 对 NTC 热敏电阻为负,对 PTC 热敏电阻为正。

另一个重要特性是标称电阻。这是 25°C 时的电阻值。知道了这些参数,就很容易确定热阻对特定电路的适用性。

此外,对于热敏电阻的使用,额定电压和最大工作电压等特性也很重要。第一个参数决定了元件可以长时间工作的电压,第二个参数 - 高于该电压时热电阻的性能无法保证。

对于 posistors,一个重要的参数是参考温度 - 电阻对加热的依赖性图表上的点,在该点特性发生变化。它定义了PTC电阻的工作区域。

热敏电阻的温度范围。

选择热敏电阻时,需要注意它的温度范围。在制造商规定的区域外,其特性不规范(这可能导致设备操作错误) 或热敏电阻通常在那里无法工作。

有条件的图形指定

在图表上,热敏电阻的 UGO 可能略有不同,但热阻的主要符号是符号 t 在代表电阻的矩形旁边。没有这个符号,就不可能确定电阻取决于什么 - 例如,类似的 UGO 有, 压敏电阻 (电阻由施加的电压决定)和其他元素。

电路上热敏电阻的常规图形标识。

有时对 UGO 应用一个额外的名称,它决定了热敏电阻的类别:

  • NTC 对于具有负 TCS 的元素;
  • PTC 对于posistors。

这种特性有时用箭头表示:

  • PTC 单向;
  • NTC的多向。

NTC 和 PTC 热敏电阻的传统图形标识。

字母名称可以不同 - R、RK、TH 等。

如何检查热敏电阻的性能

热敏电阻的第一个检查是用传统的万用表测量标称电阻。如果在室温下进行测量,与 +25 °C 相差不大,则测得的电阻不应与外壳或文档中指示的电阻有显着差异。

如果环境温度高于或低于规定值,则必须进行小幅修正。

您可以尝试获取热敏电阻的温度特性 - 将其与文档中指定的温度特性进行比较,或者为未知来源的元素恢复它。

在没有测量仪器的情况下,可以以足够的精度创建三种温度:

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

从这些点,您可以得出电阻对温度的近似依赖性,但对于 posistors 这可能不起作用 - 在它们的 TKS 图表上,有些区域 R 不是由温度决定的(低于参考温度)。如果有温度计,您可以在几个点上获取特性 - 将热敏电阻放入水中并加热。每 15 ... 20 度,需要测量电阻并在图表上绘制值。如果需要取100度以上的参数,可以用油代替水(例如汽车-电机或变速器)。

电阻对温度的典型依赖性。

该图显示了电阻对温度的典型依赖性——PTC 为实线,NTC 为虚线。

在适用的情况下

热敏电阻最明显的用途是 温度传感器. NTC 和 PTC 热敏电阻都适用于此目的。只需根据工作区域选择元件并考虑测量装置中热敏电阻的特性即可。

您可以构建一个热继电器 - 当电阻(更准确地说,它的电压降)与给定值进行比较时,当超过阈值时,输出切换。这种装置可以用作热控制装置或火灾探测器。温度计的创建基于间接加热现象 - 当热敏电阻从外部源加热时。

同样在使用热电阻的领域,使用直接加热 - 热敏电阻被通过它的电流加热。 NTC 电阻器可以通过这种方式来限制电流 - 例如,在打开时为大电容器充电时,以及限制电动机的启动电流等。在冷状态下,热相关元件具有很大的电阻。当电容器部分充电(或电机达到其额定转速)时,热敏电阻将有时间随着流动的电流升温,其阻值下降,不再影响电路的工作。

同样,您可以通过串联一个热敏电阻来延长白炽灯的使用寿命。它将在最困难的时刻限制电流 - 当电压打开时(此时大多数灯都会失效)。预热后,它将不再影响灯泡。

相反,具有正特性的热敏电阻用于在运行期间保护电动机。如果绕组电路中的电流由于电机失速或轴负载过大而升高,PTC 电阻器将发热并限制该电流。

NTC热敏电阻也可用作其他组件的热补偿器。因此,如果 NTC 热敏电阻与设置晶体管模式并具有正 TKS 的电阻并联安装,则温度变化将以相反的方式影响每个元件。结果,温度的影响得到了补偿,晶体管的工作点没有偏移。

有称为间接加热的热敏电阻的组合设备。温度相关元件和加热器位于这种元件的一个外壳中。它们之间存在热接触,但它们是电隔离的。通过改变通过加热器的电流,可以控制电阻。

具有不同特性的热敏电阻在工程中被广泛使用。除了标准应用程序之外,它们的工作范围还可以扩展。一切仅受开发人员的想象力和资格限制。

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