NTC热敏电阻原理及应用

NTC热敏电阻是指具有负温度系数的热敏电阻。采用单一高纯度材料，具有 高性能陶瓷接近理论密度结构。因此，在实现小型化的同时，还具有电阻值， 温度特性波动小，对各种温度变化响应快，灵敏度高，精度高 测试。公司提供各种形状、特点的小型、高可靠性产品，可满足客户的需求 应用需求。
NTC负温度系数热敏电阻工作原理
NTC是Negative Temperature Coefficient 缩写是指负温度系数，一般指负温度系数较大的半导体材料或部件，所谓NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。以锰、钴、镍、铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制成。由于在导电方式上与锗、硅等半导体材料完全相似，这些金属氧化物材料具有半导体性能。当温度较低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔）数量较少，因此电阻值较高；随着温度的升高，载流子数量增加，因此电阻值降低。NTC室温下热敏电阻的变化范围为10O_{温度系数为-2%}-6.5%。NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。
NTC负温度系数热敏电阻专业术语
零功率电阻值 RT（Ω）
RT指规定温度 T 与总测量误差相比，可以忽略不计测量功率测得的电阻值。
电阻值与温度变化的关系如下：
RT = RN expB(1/T – 1/TN)
RT ：在温度 T （ K ）时的 NTC 热敏电阻值。
RN ：在额定温度 TN （ K ）时的 NTC 热敏电阻值。
T ：规定温度（ K ）。
B ： NTC 热敏电阻的材料常数，又称热敏指数。
exp ：以自然数 e 为底的指数（ e = 2.71828 …）。
这种关系是经验公式，只在额定温度下 TN 或额定电阻值 RN 由于材料常数的有限范围内有一定的准确性 B 本身也是温度 T 的函数。
额定零功率电阻值 R25 （Ω）
根据国家标准，额定零功率电阻值为 NTC 基准温度下的热敏电阻 25 ℃ 测量的电阻值 R这个电阻值是25 NTC 热敏电阻的标称电阻值。通常称为 NTC 热敏电阻的电阻值也指该值。
材料常数(热敏指数) B 值（ K ）
B 值定义为：

RT1 ：温度 T1 （ K ）零功率电阻值。
RT2 ：温度 T2 （ K ）零功率电阻值。
T1， T2 ：两个指定的温度（ K ）。
对于常用的 NTC 热敏电阻， B 值范围一般在 2000K ～ 6000K 之间。
零功率电阻温度系数（αT ）
在规定的温度下， NTC 热敏电阻零动力电阻值的相对变化与温度变化值的比值。

αT ：温度 T （ K ）零功率电阻温度系数。
RT ：温度 T （ K ）零功率电阻值。
T ：温度（ T ）。
B ：材料常数。
耗散系数（δ）
在规定的环境温度下， NTC 热敏电阻耗散系数是电阻中耗散的功率变化与电阻体相应的温度变化之比。

δ： NTC 热敏电阻耗散系数，（ mW/ K ）。
△ P ： NTC 热敏电阻消耗的功率（ mW ）。
△ T ： NTC 热敏电阻消耗功率△ P 当电阻体相应的温度变化时，（ K ）。
热时间常数(τ)
在零功率条件下，当温度突变时，热敏电阻的温度从未改变过两个温差 63.2% 时间、热时间常数和 NTC 热敏电阻的热容量与其耗散系数成正比。

τ：热时间常数（ S ）。
C： NTC 热敏电阻的热容量。
δ： NTC 热敏电阻的消散系数。
额定功率Pn
在规定的技术条件下，热敏电阻器长期连续工作所允许的功率。在此功率下，电阻体本身的温度不得超过其最高工作温度。
工作温度最高Tmax
在规定的技术条件下，热敏电阻器可以长期连续工作。

T0-环境温度。
测量功率Pm
在规定的环境温度下，热敏电阻， 与总测量误差相比，由测量电流加热引起的阻值变化可以忽略不计时消耗的功率。
一般要求阻值变化大于0.1%，此时测量功率Pm为：

电阻温度特性
NTC热敏电阻的温度特性可以用下面的类似表示:
式中：
RT：温度T时零功率电阻值。
A：与热敏电阻器材料的物理特性和几何尺寸有关。
B：B值。
T：温度（k）。
更准确的表达式为：

式中：RT：温度T时热敏电阻器的零功率电阻值。
T：绝对温度值，K；
A、B、C、D：特定常数。

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热敏电阻的基本特性
电阻-温度特性
热敏电阻的电阻-温度特性可以用类似的公式1表示。
(式1) R=Ro exp {B(I/T-I/To)}
R : 温度T(K)时的电阻值
Ro : 温度T0(K)时的电阻值
B : B 值
*T(K)= t(oC) 273.15
但事实上，热敏电阻的B值并非恒定，其变化因材料组成而异，最大甚至可达5K/°C。因此，当应用1在较大的温度范围内时，与测量值之间会有一定的误差。在这里，如果计算1中B值用2所示的作为温度函数，则可以减少与测量值之间的误差，可以认为相似。
(式2) BT=CT2 DT E上式中，C、D、E为常数。
此外，由于生产条件不同，B值的波动会导致常数E的变化，但常数C、D 不变。因此，在讨论B值的波动时，只需考虑常数E。
? 常数C、D、E的计算
常数C、D、E4点(温度、电阻值)数据 (T0, R0). (T1, R1). (T2, R2) and (T3, R3)，通过3~6计算。
首先，根据样式3T0和T1,T2,T3.找出电阻值B1,B2,B3.然后代入以下样品。

? 电阻值计算例
根据电阻-温度特性表试25°C电阻值为5(kΩ)，B值偏差为50(K)热敏电阻为10°C～30°C的电阻值。
? 步 骤
(1) 根据电阻-温度特性表，求常数C、D、E。
To=25 273.15 T1=10 273.15 T2=20 273.15 T3=30 273.15
(2) 代入BT=CT2 DT E 50，求BT。
(3) 将数值代入R=5exp {(BTI/T-I/298.15)}，求R。
*T : 10 273.15～30 273.15
? 电阻－温度特性图如图1所示

电阻温度系数
所谓电阻温度系数(α)，指任意温度下的温度变化1°C(K)零负载电阻变化率。电阻温度系数(α)可以得到B值之间的关系。

这里α前负载(-)表示当温度升高时，零负载电阻降低。
散热系数 (JIS-C2570)
散热系数(δ)在热平衡状态下，热敏电阻元件通过自身加热使其温度升高1°C所需的功率。
热敏电阻的温度处于热平衡状态T1、环境温度T2.消耗功率P之间的关系如下所示。

产品目录记录值是下列测定条件下的典型值。
(1) 25°C静止空气。
(2) 在出厂状态下测量轴向引脚和经向引脚型。
额定功率(JIS-C2570)
连续负载运行的最大功率值在额定环境温度下。
产品目录记录值为25°C对于额定环境温度，以下公式计算的值。

(式) 额定功率=散热系数×(最高使用温度-25)
最大运行功率
最大运行功率=t×散热系数 … (3.3)
这是使用热敏电阻进行温度检测或温度补偿时，自身发热产生的温度上升容许值所对应功率。(JIS)允许温度升高。t°C最大运行功率可以下式计算。
环境温度变化的热响应时间常数(JIS-C2570)
当热敏电阻的环境温度在零负载状态下急剧变化时，热敏电阻元件产生最初温差和最终温差63.2%的温度变化需要时间。

热敏电阻的环境温度从T1变为T时间T与热敏电阻温度T之间存在以下关系。
T= (T1-T2)exp(-t/τ) T2…(3.1)
(T2-T1){1-exp(-t/τ)} T1…(3.2)
常数τ称热响应时间常数。
若令在上式中t=τ时，则(T-T1)/(T2-T1)=0.632。
换句话说，如上述定义所述，热敏电阻产生初始温差63.2%温度变化所需的时间为热响应时间常数。时间与热敏电阻温度变化率的关系如下表所示。

产品目录记录值是下列测定条件下的典型值。
(1) 静态空气的环境温度从50岁开始°C至25°C热敏电阻的温度变化为34.2°C所需时间。
(2) 出厂时测定轴向引脚和径向引脚型。
此外，应注意的是，散热系数和热响应时间常数随环境温度和组装条件而变化。

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NTC负温度系数热敏电阻R-T特性

B 值相同， 阻值不同的 R-T 特性曲线示意图

相同的阻值，不同的B值NTC热敏电阻R-T特征曲线示意图

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用于温度测量和控制NTC热敏电阻器
外形结构

环氧包装系列NTC热敏电阻

玻璃包装系列NTC热敏电阻
应用电路原理图

温度测量(惠斯登桥电路)

温度控制
应用设计
? 电子温度计、电子万年历、电子钟温度显示、电子礼品；
? 冷暖设备、加热恒温电器；
? 汽车电子温度测控电路；
? 温度传感器、温度仪表；
? 医疗电子设备、电子洗涤设备；
? 手机电池和充电器。
温度补偿用NTC热敏电阻器
产品概述
许多半导体和ICs有温度系数，需要温度补偿，以在较大的温度范围内实现稳定性。NTC热敏电阻具有较高的温度系数，因此广泛应用于温度补偿。
主要参数
额定零功率电阻值R25 (Ω)
R25允许偏差(%)
B值(25/50 ℃)/（K）
时间常数 ≤30S
耗散系数 ≥6mW/ ℃
测量功率 ≤0.1mWbr> 额定功率 ≤0.5W
使用温度范围 -55 ℃ ~+125 ℃
降功耗曲线：

应用原理及实例

了解热敏电阻原理，是应用好热敏电阻的前提。热敏电阻是对温度敏感的半导体元件，主要特征是随着外界环境温度的变化，其阻值会相应发生较大改变。电阻值对温度的依赖关系称为阻温特性。热敏电阻根据温度系数分为两类：正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。由于特性上的区别，应用场合互不相同。

   正温度系数热敏电阻简称PTC（是Positive Temperature Coefficient 的缩写），超过一定的温度(居里温度---居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度。低于居里温度时该物质成为铁磁体，此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里温度时,该物质成为顺磁体，磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。这时的磁敏感度约为10的负6次方。)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。其原理是在陶瓷材料中引入微量稀土元素，如La、Nb...等，可使其电阻率下降到10Ω.cm以下，成为良好的半导体陶瓷材料。这种材料具有很大的正电阻温度系数，在居里温度以上几十度的温度范围内，其电阻率可增大4~10个数量级，即产生所谓PTC效应。
  目前大量被使用的PTC热敏电阻种类： 恒温加热用PTC热敏电阻；  低电压加热用PTC热敏电阻； 空气加热用热敏电阻；  

过电流保护用PTC热敏电阻； 过热保护用PTC热敏电阻； 温度传感用PTC热敏电阻； 延时启动用PTC热敏电阻；
负温度系数热敏电阻简称NTC（是Negative Temperature Coefficient 的缩写），它的阻值是随着温度的升高而下降的。主要是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。 NTC热敏电阻器温度系数-2%~-6.5%， 可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。
NTC负温度系数热敏电阻主要参数：
零功率电阻值 RT（Ω）
额定零功率电阻值 R25 （Ω）
材料常数（热敏指数） B 值（ K ）
零功率电阻温度系数（αT ）
应用设计：
* 电子温度计、电子万年历、电子钟温度显示、电子礼品；
* 冷暖设备、加热恒温电器；
* 汽车电子温度测控电路；
* 温度传感器、温度仪表；
* 医疗电子设备、电子盥洗设备；
* 手机电池及充电电器。