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概述热电阻的原理、类型、测试以及应用

来源:发表时间:2019-01-25

热电阻原理:

    众所周知,电阻器是一种限制流过电路的电流量的电气元件。热电阻是一种特殊类型的电阻,其电阻随温度的变化比标准电阻更大。通常,电阻随着大多数金属的温度而增加,但是热电阻反应不利,即热电阻的电阻随温度的升高而降低。这是热电阻背后的主要原理。由于热电阻的电阻取决于温度,它们可以连接在电路中以测量体温。

    热电阻主要用作温度传感器,浪涌电流限制器,自复位过流保护器和自调节加热元件。热电阻由半导体材料制成。它被成形为圆盘,杆或珠子。珠状热电阻的直径可能只有几毫米。一些珠状热电阻将珠子封装在玻璃胶囊中。

    热电阻的符号可表示如下:

图1 热电阻的象征


    热电阻的类型:

    主要有两种类型的热电阻,即正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)。

    正温度系数(PTC):

    随着温度升高,PTC热电阻会增加其电阻。电阻和温度之间的关系是线性的,如下式所示:deltaR = k(deltaT)其中deltaR是电阻的变化,deltaT是温度的变化,k是温度系数。当k为正时,随着温度升高,它会引起电阻的线性增加。

    PTC用途: PTC热电阻可用于代替保险丝,用于电路保护。随着电路加热,电阻增加以防止过载。它们还用作电视机中的定时装置。当装置接通时,消磁线圈被激活以消除磁场; 当温度达到某一点时,热电阻会自动关闭。

    负温度系数(NTC):

    许多NTC热电阻由诸如烧结金属氧化物的半导体的压制盘或铸造芯片制成。它们起作用是因为提高半导体的温度会增加能够移动并携带电荷的电子数量 - 它会促使它们进入导带。可用的电荷载体越多,材料可以传导的电流越大。这在公式中描述:

    I =电流(安培)

    n =载流子密度(计数/m3)

    A =材料的横截面积(m2)

    v =电荷载流子速度(m / s)

    e =电子的电荷(e = 1.602 \次10 ^ { - 19}库仑)

    使用电流表测量电流。在温度变化很大的情况下,校准是必要的。在温度的微小变化下,如果使用正确的半导体,则材料的电阻与温度成线性比例。有许多不同的半导体热电阻,其范围从约0.01开尔文到2,000开尔文(-273.14°C到1,700°C)。

    NTC用途:另一方面,NTC热电阻用作数字恒温器和汽车中的限流器和温度监控器。


    热电阻的测试:

    这只是一个样本和粗略测试,用于基本了解如何测试热电阻。模拟万用表必须保持在电阻模式。万用表端子应连接到热电阻引线。大家不需要专注于极性。现在,通过将加热的烙铁头移动到热电阻上来加热热电阻。现在您可以观察万用表读数是否平滑增加或减少,这取决于被测热电阻是PTC还是NTC。当然,它只发生在健康的热电阻上。

    对于有缺陷的热电阻,大家可能会观察到以下情况。

    阅读的变化永远不会顺利,或者根本不会有任何变化。

    对于短的热电阻,仪表读数始终为零,对于开放式热电阻,仪表读数始终为无穷大。

    正如我前面提到的,这只是一个粗略的测试。为了完美确认,大家需要遵循一些测量温度和相应电阻读数的过程,并且必须与制造商提供的热电阻的耐温特性进行比较。


    热电阻特性:

    如上所述,随着温度的升高,电阻随着温度的升高而增加,电阻随着NTC温度的升高而降低。

    热电阻表现出电阻与温度的高度非线性特性。

图2  PTC与NTC


    PTC热电阻可用作小型温控烤箱中的加热元件。NTC热电阻可用作电源电路中的浪涌电流限制装置。浪涌电流是指电气设备在首次开启时汲取的最大瞬时输入电流。热电阻有各种尺寸和形状; 尺寸最小的珠子直径为0.15mm至1.25mm。

    有两种基本方法可以在内部或外部改变热电阻的温度。通过改变周围介质的温度可以在外部改变热电阻的温度,并且可以通过流过器件的电流自发地在内部改变热电阻的温度。

    电阻对温度的依赖性可通过以下等式近似,

    其中,R是热电阻在温度T(K)

    下的电阻R0是给定温度下的电阻T0(在K中) 

    β是材料的特定常数

    NTC热电阻的材料特定常数是其在一个温度下的电阻与在不同温度下的电阻相比的量度。其值可以通过下面所示的公式计算,并以开氏度(°K)表示。

    热电阻应用:

    PTC热电阻在大多数CRT显示器的消磁线圈电路中用作定时器。使用PTC热电阻的消磁电路简单,可靠(简单)且价格低廉。

    大家还可以使用PTC热电阻作为汽车工业中的加热器,在柴油发动机舱内提供额外的热量,或者在发动机喷射之前在冰冷的气候条件下加热柴油。

    大家可以使用PTC热电阻作为电流保护的限流装置,作为保险丝的替代品。

    大家还可以使用NTC热电阻来监测培养箱的温度。

    热电阻也常用于现代数字恒温器中,并在充电时监控电池组的温度。

    大家经常在汽车应用中使用NTC热电阻。

    NTC热电阻用于食品加工和加工行业,特别是用于食品储存系统和食品制备。保持正确的温度对于预防食源性疾病至关重要。

    NTC热电阻在整个消费电子行业中用于测量温度。烤面包机,咖啡机,冰箱,冰柜,吹风机等都依靠热电阻来实现适当的温度控制。

    大家可以定期在3D打印机的热端使用热电阻; 它们监控产生的热量,并允许打印机的控制电路保持恒定温度以熔化塑料灯丝。

    NTC热电阻用作10K量级的低温测量中的电阻温度计。

    NTC热电阻可用作电源电路中的浪涌电流限制装置。


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