熱敏電阻:功能和作用

關(guān)鍵要點(diǎn)：

TCR（溫度系數(shù)）定義了溫度和電阻之間的關(guān)系。

比較熱敏電阻和其他溫度相關(guān)的元件。

PTC（正溫度系數(shù)）和NTC（負(fù)溫度系數(shù)）熱敏電阻有不同的用途。

熱和電在電路中密切相關(guān)。許多人從小就通過(guò)電爐或燈泡體驗(yàn)到這種關(guān)系，但溫度對(duì)電路性能的影響要復(fù)雜得多。元件加熱時(shí)，其材料特性會(huì)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生明顯不同的功能。性能變化通常是不利的，但材料科學(xué)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)或制造出一些元件，其中這種變化是設(shè)備的關(guān)鍵特性。熱敏電阻是幾個(gè)具有溫度驅(qū)動(dòng)功能的元件家族之一，溫度驅(qū)動(dòng)功能是其定義特征之一。熱和電在電路中密切相關(guān)。許多人從小就通過(guò)電爐或燈泡體驗(yàn)到這種關(guān)系，但溫度對(duì)電路性能的影響要復(fù)雜得多。元件加熱時(shí)，其材料特性會(huì)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生明顯不同的功能。性能變化通常是不利的，但材料科學(xué)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)或制造出一些元件，其中這種變化是設(shè)備的關(guān)鍵特性。熱敏電阻是幾個(gè)具有溫度驅(qū)動(dòng)功能的元件家族之一，溫度驅(qū)動(dòng)功能是其定義特征之一。

溫度傳感器的相對(duì)比較

1．熱敏電阻和溫度相關(guān)性電阻

熱敏電阻這個(gè)詞是熱電阻和電阻的合成詞，強(qiáng)調(diào)了這些器件中的溫度和電阻之間的關(guān)系。每個(gè)電阻元件在某種程度上都是一個(gè)熱敏電阻，但熱敏電阻的電阻會(huì)隨著溫度的變化而急劇上升或下降。物質(zhì)的核心是電阻溫度系數(shù)（TCR），這是材料的固有特性，它定義了阻力對(duì)溫度變化的響應(yīng)。理解TCR是最簡(jiǎn)單的極端情況：

一個(gè)非常負(fù)的TCR（負(fù)熱系數(shù)，NTC）值表明電阻隨著溫度的升高而迅速下降。TCR值越負(fù)，電阻的降低就越極端。

一個(gè)非常正的TCR（正熱系數(shù)，PTC）值表明電阻隨著溫度的升高而迅速增加。TCR值越正，電阻增加得越極端。

零TCR表示電阻完全與溫度無(wú)關(guān)。TCR的絕對(duì)值越接近零，電阻隨溫度的降低或增大越緩慢。由于這個(gè)原因，通用電阻傾向于有一個(gè)接近于零的TCR值為更廣泛的適用范圍。

熱敏電阻并不是唯一基于電熱原理工作的裝置。電阻溫度計(jì)（也稱為電阻溫度檢測(cè)器或RTDs)和熱電偶也能檢測(cè)溫度。這些傳感器模式之間的選擇通常是在成本、工作溫度范圍和所述范圍內(nèi)的精度之間。熱敏電阻的溫度范圍較小，但其精度較高；熱敏電阻位于光譜的另一端，溫度范圍較廣，但精度相對(duì)較差。rtd比熱敏電阻具有更高的范圍和精度，且具有更高的成本和增加的脆性。

溫度傳感器的選擇也依賴于電路板的實(shí)際需求。熱敏電阻可能在板設(shè)計(jì)符合以下問(wèn)題時(shí)最合適。

什么時(shí)候熱敏電阻最合適？

2．區(qū)分NTC和PTC熱敏電阻

如前所述，熱敏電阻之間的主要區(qū)別因素是TRC的標(biāo)志。NTC和PTC熱敏電阻都有多種電路應(yīng)用。

3．NTC

關(guān)于電流通道，NTC熱敏電阻類似于經(jīng)歷沖擊電流的電感器，盡管其機(jī)制完全不同。NTC電阻在環(huán)境溫度下具有一定的電阻，然后由于通過(guò)電阻的功耗而經(jīng)歷溫度升高（歐姆加熱原理）。當(dāng)溫度升高時(shí)，電阻下降，允許更多的電流通過(guò)。該技術(shù)的用途包括：

溫度敏感過(guò)程-依賴于冷鏈的生物和化學(xué)工業(yè)可以監(jiān)測(cè)熱敏電阻的輸出，以跟蹤不安全的溫度水平。

電流限制器-熱敏電阻控制電流通道的速率，以保護(hù)敏感組件和犧牲元件，如熔斷絲和斷路器。當(dāng)電阻較高時(shí)，電流較低，它們也能減少功率損耗（反之亦然）。

預(yù)測(cè)性維護(hù)-通過(guò)監(jiān)測(cè)工藝流體，阻力的下降可能表明系統(tǒng)組件可能出現(xiàn)早期故障。

電池充電器-輸出可以檢查不斷上升的溫度，這可能表明熱失控條件的開(kāi)始。

4．PTC

與NTC不同，PTC熱敏電阻是自我調(diào)節(jié)的：當(dāng)電流通過(guò)電阻時(shí)，電阻增加，其溫度上升超過(guò)環(huán)境。這種恢復(fù)作用使PTC熱敏電阻在恒溫維護(hù)下出色。假設(shè)電路和材料條件不允許PTC熱敏電阻損壞自身，那么對(duì)溫度控制的需要是多余的。熱敏電阻阻擋電流峰值的能力使其作為一個(gè)與敏感電路串聯(lián)的可重置保險(xiǎn)絲很有價(jià)值。其他PTC角色包括：

加熱元件-熱敏電阻的變阻在熱臨界過(guò)程中是實(shí)用的，如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)前的燃油噴射。

電流分壓器-電阻有明顯差異的并聯(lián)組件會(huì)導(dǎo)致電流占用/饑餓。PTC熱敏電阻串聯(lián)將動(dòng)態(tài)平衡分支之間的電流。

硅熱敏電阻提供了比標(biāo)準(zhǔn)陶瓷材料ptc更好的線性。

熱敏電阻的溫度依賴性電阻為電路設(shè)計(jì)者提供了多種傳感和電路控制的用途。雖然該組件系列類似于其他溫度傳感器，如rtd和熱電偶，但它占據(jù)了一個(gè)低成本、高可靠性的細(xì)分市場(chǎng)和可擴(kuò)展的精度，使熱敏電阻成為一個(gè)優(yōu)秀的溫度傳感的通用解決方案。不同材料的電阻放大能力隨溫度成比例地增加或降低（反之亦然），這使熱敏電阻適合于廣泛的電路應(yīng)用。