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熱敏電阻
閱讀�33655�(shí)間:2010-09-11 09:20:19

  熱敏電阻器是敏感元件的一�,按照溫度系�(shù)不同分為正溫度系�(shù)熱敏電阻器(PTC)和�(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC��熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對溫度敏感,不同的溫度下表�(xiàn)出不同的電阻�。正溫度系數(shù)熱敏電阻�(PTC)在溫度越高�(shí)電阻值越�,負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)在溫度越高�(shí)電阻值越�,它們同屬于半導(dǎo)�器件�

特�

  PTC熱敏電阻:PTC是Positive Temperature Coefficient 的縮�,意思是正的溫度系數(shù),泛指正溫度系�(shù)很大的半�(dǎo)體材料或元器件。通常我們提到的PTC是指正溫度系�(shù)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(dǎo)體電�,超過一定的溫度(居里溫度)�(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�(jié)�(gòu)和功能原理:陶瓷材料通常用作高電阻的�(yōu)良盡緣體,而陶瓷PTC熱敏電阻是以鈦酸鋇為�,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�.通過有目的的摻雜一種化�(xué)�(jià)較高的材料作為晶體的�(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�(gòu)成的,在晶粒的界面�,即所謂的晶粒邊界(晶界)上形成勢�,阻礙電子越界�(jìn)�(jìn)到相鄰區(qū)域中往,因此而產(chǎn)生高的電�.這種效應(yīng)在溫度低�(shí)被抵�: 在晶界上高的介電常數(shù)和自�(fā)的極化強(qiáng)度在低溫�(shí)阻礙了勢壘的形成并使電子可以自由地活�(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�,�(dǎo)致勢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�) 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�(huán)彀蜂窩狀的毛�。這些壓制好的毛坯在較高的溫度�(1400℃左�)燒結(jié)成陶�,然后上電極使其金屬化,根據(jù)其電阻值分檔檢�.按照成品的結(jié)�(gòu)形式釬焊封裝或裝配外�,之后�(jìn)行的全面檢測 �

特點(diǎn)

  熱敏電阻的主要特�(diǎn)是:

 ?、凫`敏度較高,其電阻溫度系數(shù)要比金屬�10�100倍以�,能檢測�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�315℃(目前可達(dá)�2000℃),低溫器件適用于-273℃~55℃;

 ?、垠w積小,能夠測量其他溫度計(jì)無法測量的空�、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度�

 ?、苁褂梅奖悖娮柚悼�?.1�100kΩ間任意選��

 ?、菀准庸こ蓮?fù)雜的形狀,可大批量生�(chǎn)�

 ?、薹�(wěn)定性好、過載能力強(qiáng)�

參數(shù)

  額定零功率電� R25

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

  居里溫度 Tc

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

  溫度系數(shù) α

  PTC熱敏電阻的溫度系�(shù)定義為溫度變化導(dǎo)致的電阻的相對變�。溫度系�(shù)越大� PTC熱敏電阻對溫度變化的反應(yīng)越靈�� 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�。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�。PTC熱敏電阻在擊穿電壓以上時(shí)將會擊穿失效�

  表面溫度 Tsurf

  表面溫度Tsurf是指�(dāng)PTC熱敏電阻在規(guī)定的電壓下并且與周圍�(huán)境間處于熱平衡狀�(tài)已達(dá)較長�(shí)間時(shí),PTC熱敏電阻表面的溫��

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

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

非線性問�

  如果您打算在整�(gè)溫度范圍�(nèi)均使�熱敏電阻溫度傳感器件,那么該器件的設(shè)�(jì)工作會頗具挑�(zhàn)�。熱敏電阻通常為一款高阻抗、電阻性器件,因此�(dāng)您需要將熱敏電阻的阻值轉(zhuǎn)換為電壓值時(shí),該器件可以簡化其中的一�(gè)接口問題。然而更具挑�(zhàn)性的接口問題�,如何利用線� ADC 以數(shù)字形式捕獲熱敏電阻的非線性行��

  �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�(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量。要確定熱敏電阻周圍的溫�,您可以借助Steinhart-Hart公式:T=1/(A0+A1(lnRT)+A3(lnRT3))來實(shí)�(xiàn)。其�,T為開氏溫�;RT為熱敏電阻在溫度T�(shí)的阻值;� A0、A1和A3則是由熱敏電阻生�(chǎn)廠商提供的常�(shù)�

  熱敏電阻的阻值會隨著溫度的改變而改�,而這種改變是非線性的,Steinhart-Hart公式表明了這一�(diǎn)。在�(jìn)行溫度測量時(shí),需要驅(qū)�(dòng)一�(gè)通過熱敏電阻的參考電�,以�(chuàng)建一�(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,嘗試對熱敏電阻的非線性響�(yīng)�(jìn)行補(bǔ)�。即使您可以在微控制器固件上�(yùn)行此類算�,但您還是需要一�(gè)高精度轉(zhuǎn)換器用于在出�(xiàn)極端值溫度時(shí)�(jìn)行數(shù)�(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�(shù)和一�(gè)較低精度� ADC�(Figure 1)其中一種技�(shù)是將一�(gè)電阻RSER與熱敏電阻RTHERM以及參考電壓或電源�(jìn)行串�(lián)(見�1�。將 PGA(可編程增益放大器)�(shè)置為1V/V,但在這樣的電路中,一�(gè)10位精度的ADC只能感應(yīng)很有限的溫度范圍(大約�25°C��

  Figure 1,請注�,在�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�,就可以� PGA 的輸出信號控制在一定范圍內(nèi),在此范圍內(nèi) ADC 能夠提供可靠地轉(zhuǎn)換,從而對熱敏電阻的溫度�(jìn)行識��

  微控制器固件的溫度傳感算法可讀� 10 位精度的 ADC �(shù)字值,并將其傳送到PGA 滯后軟件程序。PGA 滯后程序會校�(yàn) PGA 增益�(shè)�,并� ADC �(shù)字值與�1顯示的電壓節(jié)�(diǎn)的值�(jìn)行比�。如� ADC 輸出超過了電壓節(jié)�(diǎn)的值,則微控制器會� PGA 增益�(shè)置到下一�(gè)較高或較低的增益�(shè)定值上。如果有必要,微控制器會再次獲取一�(gè)新的 ADC �。然� PGA 增益� ADC 值會被傳送到一�(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)�(jù)有時(shí)候會被看作是一�(xiàng)“不可能�(shí)�(xiàn)的任�(wù)�。您可以將一�(gè)串聯(lián)電阻、一�(gè)微控制器、一�(gè) 10 � ADC 以及一�(gè) PGA 合理的配合使�,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�

維庫電子�,電子知�,一查百��

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