热敏电阻应用与恒温循环器

文章出处：http://www.dicksonweb.cn   作者：http://www.dicksonweb.cn   时间：2010-11-2

　1 NTC的术语及主要参数

　　在家电开发研制领域里，工程人员在运用热敏电阻的过程中，有时对一些主要参数的细节产生歧义，原因之一是某些参数的定义和内容缺乏统一的标准和规范。随着国家标准《直热式负温度系数热敏电阻器(第一部分：总规范)》GB/T 6663.1-2007/IEC 60539-1:2002(以下简称“国标”)的实施(07年9月1日)，情况开始有所改变。国内热敏电阻器生产家都应当按照“国标”标注热敏电阻的参数，使用者也可以根据“国标”向厂家索取热敏电阻的参数。

　　热敏电阻器是一种随(感应)温度的变化其电阻值呈显著变化的热敏感半导体元件。温度升高时阻值下降的热敏电阻器，称为负温度系数热敏电阻器(NTC)。家电领域里大量使用的是NTC。

　　自热:当我们对NTC进行测量和运用时总会通过一定量的电流，这一电流使NTC自身产生热量。NTC的自热会导致其阻值下降，在测量及应用过程中出现动态变化，所以控制自热是运用NTC的关键。当NTC用于温度测量时，应当尽量避免自热;当NTC用于液位或风速测量时，则需要利用自热。

　　零功率电阻：定义见“国标”。零功率电阻是热电阻器最基本的参数，厂家给出的热敏电阻器的阻值都属于零功率，，但“零功率”一词容易使人费解(因为物理含义上的零功率检测是不存在的)，所以，理解它的工程含义是定义中后一句的内容“……自热导致的电阻值变化相对于总的测量误差可以忽略不计”。通常，对NTC的零功率测量是在恒温循环器中进行，影响总的测量误差有二个主要因素：一是通过NTC的电流，一是恒温循环器精度。一般说来，减少通过NTC的电流的方法比较多，一旦电流下降到一定程度，影响总误差的往往是恒温循环器的精度。

　　环境温度变化引起的热时间常数(τa)：一般情况下，NTC在稳定的室温条件下,迅速进入设定(和要求介质)的温度环境内，测量其温度上升规定幅度T所需要的时间。温度T的上升幅度为室温Ta至设定温度Tb差值的63.2%所需的时间。τa反映NTC在测量温度时的响应速度。

　　耗散系数(δ)：使NTC的温度上升1K所消耗的功率称为耗散系数。“国标”4.10.2给出的δ计算方法如下：

　　δ=UTH·ITH/(Tb- Ta)W/℃

　　式中： UTH为NTC的端电压;ITH 为流过NTC的电流;Tb为自热稳定温度;Ta为室内温度。

　　可见，NTC温度的上升指的是自热温度。从另外一个角度看，自热造成的温升可以利用δ计算出来。

　　例如：已知δ为0.1 W /℃，测量U TH·I TH为0.5 W，则：

　　(T b- T a)=U TH·I TH /δ ℃=0.5 /0.1 ℃=5 ℃

　　自热使NTC高于环境温度5℃。

　　2 自热及耗散系数的特性

　　测量耗散系数δ时，“国标”要求在静止的空气中进行。通常是在规定容器的玻璃框罩内进行测量。当我们做实验时可以观察到一些现象，在一个空气相对稳定(感觉不到流动的空气)的室内，玻璃框内的温度与室温一致。先测量零功率电阻值，当摘掉玻璃框罩后，电阻值未发生变化;然后测量耗散系数，当自热达到热平衡时，即通过NTC的电流和它的端电压呈稳定状态，当摘掉玻璃框罩后，电流或端电压出现波动，失去稳定状态。说明室内微弱的同温度气流影响了耗散系数，而未影响零功率电阻值。显然，NTC产生自热之后出现对流动空气的敏感反映，这是一个可以利用的特性。

　　3 影响测量温度的参数

　　NTC具有价格低廉、阻值随温度变化显著的特点，而广泛用于温度测量。通常采用一只精密电阻与NTC串联，NTC阻值的变化转变为电压变化直接进入比较电路或单片机的A/D的输入接口，不必经过放大处理，电路构成极为简单。运用NTC时除了选择合适的R值和B值之外，还应当考虑到测量速度和精度。

　　选择合适的τa ：τa 值直接反映NTC测量温度的响应速度，但不是越小越好，确定τa值需要比较与权衡。因为τa值与它的封装尺寸有关，NTC的封装尺寸小，则τa值小，机械强度低;封装尺寸大，则τa值大，机械强度高。