什么是NTC热敏电阻？热敏电阻基础知识

NTC 代表“负温度系数”。NTC 热敏电阻是具有负温度系数的电阻器，这意味着电阻会随着温度升高而减小。它们主要用作电阻温度传感器和限流装置。温度灵敏度系数约为硅温度传感器（硅晶体管）的五倍，约为电阻温度检测器 (RTD) 的十倍。NTC 传感器的典型使用范围为 55 至 +200 °C。

NTC 电阻表现出的电阻和温度之间非线性关系给使用模拟电路测量温度带来了巨大挑战。然而，数字电路的快速发展解决了这个问题，通过插值查找表或求解近似典型 NTC 曲线的方程式，可以计算出的值。

NTC热敏电阻定义

NTC 热敏电阻是一种热敏电阻，在工作温度范围内，随着电阻温度的升高，其阻值会呈现较大、且可预测的下降趋势。

NTC热敏电阻的特性

与由金属制成的 RTD（电阻温度检测器）不同，NTC 热敏电阻通常由陶瓷或聚合物制成。制造 NTC 热敏电阻时使用的不同材料会导致不同的温度响应以及其他不同的性能特征。

温度响应

大多数 NTC 热敏电阻通常适合在 ?55 至 200 °C 的温度范围内使用，此时它们的读数。有些特殊的 NTC 热敏电阻系列可在接近零度 (-273.15 °C) 的温度下使用，有些则专门设计用于 150 °C 以上的温度。

NTC传感器的温度灵敏度表示为“每摄氏度百分比变化”或“每开尔文百分比变化”。根据所用材料和生产工艺的具体情况，温度灵敏度的典型值范围为-3% 至 -6%/°C。

NTC与RTD电阻-温度曲线比较特性NTC曲线

从图中可以看出，与铂合金 RTD 相比，NTC 热敏电阻具有更陡的电阻-温度斜率，这意味着更好的温度灵敏度。即便如此，RTD 仍然是的传感器，其精度为测量温度的 ±0.5%，并且它们在 -200 至 800 °C 的温度范围内有用，比 NTC 温度传感器的范围更广。

与其他温度传感器的比较

与 RTD 相比，NTC 热敏电阻体积更小、响应更快、抗冲击和振动能力更强，而且成本更低。它们的度略低于 RTD。NTC 热敏电阻的精度与热电偶相似。但是，热电偶可以承受极高的温度（约 600°C），因此在这些应用中会代替 NTC 热敏电阻使用。即便如此，NTC 热敏电阻在较低温度下的灵敏度、稳定性和度都高于热电偶，并且使用时附加电路更少，因此总成本更低。由于不需要信号调节电路（放大器、电平转换器等），因此成本也更低，而这些电路在处理 RTD 时经常需要，热电偶也始终需要。

自热效应

自热效应是电流流过 NTC 热敏电阻时发生的一种现象。由于热敏电阻本质上是一个电阻器，因此当电流流过时，它会以热量的形式耗散电能。这种热量在热敏电阻芯中产生，会影响测量的精度。这种情况发生的程度取决于流动的电流量、环境（是液体还是气体，是否有任何液体流过 NTC 传感器等）、热敏电阻的温度系数、热敏电阻的总面积等。NTC 传感器的电阻以及流过的电流取决于环境这一事实通常用于液体存在检测器，例如储罐中的液体存在检测器。

热容量

热容量表示将热敏电阻的温度升高 1°C 所需的热量，通常以 mJ/°C 表示。在使用 NTC 热敏电阻传感器作为浪涌电流限制装置时，了解的热容量非常重要，因为它决定了 NTC 温度传感器的响应速度。

曲线选择与计算

热敏电阻的选择过程必须考虑热敏电阻的耗散常数、热时间常数、电阻值、电阻-温度曲线和公差等重要的因素。

由于电阻和温度之间的关系（RT曲线）是高度非线性的，因此在实际系统设计中必须利用某些近似值。

一阶近似

一种近似值，也是简单的近似值，是一阶近似值，其含义为：

ΔR=k?ΔT　

其中，k为负温度系数，ΔT为温度差，ΔR 为温度变化引起的电阻变化。这种一阶近似仅在非常窄的温度范围内有效，并且只能用于k在整个温度范围内几乎恒定的温度。

Beta 公式

另一个方程给出了令人满意的结果，在 0 至 +100°C 的范围内到 ±1 °C。它取决于可通过测量获得的单个材料常数β。该方程可以写成：

R(T)=R(T0)?eβ(1T?1T0)

其中，R(T)是温度T时的电阻（单位为开尔文），R(T 0 )是温度T时的参考点。Beta公式需要两点校准，并且在 NTC 热敏电阻的整个有用范围内，其精度通常不超过 ±5 °C。

Steinhart-Hart方程

迄今为止已知的近似值是 1968 年发表的 Steinhart-Hart 公式：

1T=A+B?ln(R)+C?(ln(R))3　

其中 ln R是温度T时电阻的自然对数（以开尔文为单位），A、B和C是从实验测量中得出的系数。这些系数通常由热敏电阻供应商作为数据表的一部分发布。Steinhart-Hart 公式在 -50 至 +150 °C 的范围内通常到 ±0.15 °C 左右，这对于大多数应用来说已经足够了。如果需要更高的精度，则必须缩小温度范围，并且可以在 0 至 +100 °C 的范围内实现优于 ±0.01 °C 的精度。

选择正确的近似值

选择用于从电阻测量中得出温度的公式需要基于可用的计算能力以及实际的容差要求。在某些应用中，一阶近似已经足够，而在其他应用中，甚至 Steinhart-Hart 方程也无法满足要求，必须逐点校准热敏电阻，进行大量测量并创建查找表。

NTC热敏电阻的结构和特性

制造 NTC 电阻器通常涉及的材料包括铂、镍、钴、铁和硅的氧化物，用作纯元素或陶瓷和聚合物。NTC 热敏电阻器可分为三类，具体取决于所用的生产工艺。

珠状热敏电阻

珠形这些 NTC 热敏电阻由直接烧结到陶瓷体中的铂合金引线制成。它们通常具有快速响应时间、更好的稳定性，并且允许在比盘式和片式 NTC 传感器更高的温度下运行，但它们更易碎。通常将它们密封在玻璃中，以保护它们在组装过程中免受机械损坏并提高其测量稳定性。典型尺寸范围为直径 0.075 – 5 毫米。

盘式和片式热敏电阻

盘式热敏电阻这些 NTC 热敏电阻具有金属化表面触点。它们比珠状 NTC 电阻更大，因此反应时间更慢。但是，由于它们的尺寸，它们的耗散常数（将温度升高 1°C 所需的功率）更高。由于热敏电阻耗散的功率与电流的平方成正比，因此它们比珠状热敏电阻能更好地处理更高的电流。盘状热敏电阻是通过将氧化物粉末混合物压入圆形模具中，然后在高温下烧结而制成的。芯片通常通过流延成型工艺制造，其中将材料浆料铺成厚膜，干燥并切割成形状。典型尺寸范围为直径 0.25 至 25 毫米。

玻璃封装NTC热敏电阻

这些是密??封在气密玻璃泡中的 NTC 温度传感器。它们设计用于 150 °C 以上的温度，或用于必须坚固耐用的印刷电路板安装。将热敏电阻封装在玻璃中可提高传感器的稳定性并保护传感器免受环境影响。它们是通过将珠型 NTC 电阻器密封在玻璃容器中制成的。典型尺寸范围为直径 0.4 至 10 毫米。

典型应用

NTC 热敏电阻的应用非常广泛。它们用于测量温度、控制温度和补偿温度。它们还可用于检测液体的存在与否、作为电源电路中的限流装置、用于汽车应用中的温度监控以及许多其他应用。NTC 传感器可分为三类，具体取决于应用中利用的电气特性。

电阻-温度特性

基于电阻-温度特性的应用包括温度测量、控制和补偿。其中还包括使用 NTC 热敏电阻的情况，因此 NTC 温度传感器的温度与其他物理现象相关。这类应用要求热敏电阻在零功率条件下运行，这意味着通过它的电流尽可能低，以避免加热探头。

电流-时间特性

基于电流时间特性的应用包括：时间延迟、浪涌电流限制、浪涌抑制等等。这些特性与所用 NTC 热敏电阻的热容量和耗散常数有关。电路通常依赖于 NTC 热敏电阻因电流通过而发热。在某一时刻，它会触发电路中的某种变化，具体取决于其应用。

电压-电流特性

基于热敏电阻电压-电流特性的应用通常涉及环境条件或电路变化，这会导致电路中给定曲线上的工作点发生变化。根据应用，这可用于限流、温度补偿或温度测量。

NTC热敏电阻符号

根据 IEC 标准，以下符号用于表示负温度系数热敏电阻。

NTC热敏电阻（IEC标准）