什么是NTC热敏电阻？

NTC 代表“负温度系数”。NTC热敏电阻是具有负温度系数的电阻，即电阻随温度升高而减小。它们主要用作电阻温度传感器和限流装置。温度灵敏度系数比硅温度传感器（silistors）大五倍左右，比电阻温度检测器（RTD）大十倍左右。NTC 传感器通常在 -55 至 +200 °C 的范围内使用。

NTC 电阻器表现出的电阻与温度关系的非线性对使用模拟电路准确测量温度提出了很大的挑战。然而，数字电路的快速发展通过内插查找表或求解近似典型 NTC 曲线的方程来计算精确值，从而解决了这个问题。

NTC热敏电阻定义
NTC 热敏电阻器是一种热敏电阻器，随着电阻器的核心温度在工作温度范围内升高，其电阻会呈现出大量、精确且可预测的下降。

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。用于制造 NTC 热敏电阻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，在那里它们会提供zui精确的读数。有一些特殊的 NTC 热敏电阻系列可以在接近绝对零 (-273.15 °C) 的温度下使用，也有专门设计用于 150 °C 以上的温度。

NTC 传感器的温度灵敏度表示为“每摄氏度的百分比变化”或“每度 K 的百分比变化”。根据所使用的材料和生产过程的具体情况，温度灵敏度的典型值范围为 -3%至 -6%/°C。

从图中可以看出，与铂合金 RTD 相比，NTC 热敏电阻具有更陡峭的电阻温度斜率，这意味着更好的温度敏感性。即便如此，RTD 仍然是zui准确的传感器，其精度为测量温度的 ±0.5%，并且它们在 -200 至 800 °C 的温度范围内非常有用，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 热敏电阻具有更小的尺寸、更快的响应、更强的抗冲击和振动能力，而且成本更低。它们的精度略低于 RTD。NTC热敏电阻的精度与热电偶相似。然而，热电偶可以承受非常高的温度（大约 600 °C），并在这些应用中代替 NTC 热敏电阻使用。即便如此，NTC 热敏电阻在较低温度下提供比热电偶更高的灵敏度、稳定性和准确性，并且使用的附加电路更少，因此总成本更低。由于不需要处理 RTD 时经常需要的信号调理电路（放大器、电平转换器等），而热电偶总是需要这些电路，因此成本进一步降低。

自热效应
自热效应是一种只要有电流流过 NTC 热敏电阻就会发生的现象。由于热敏电阻基本上是一个电阻器，当有电流流过时，它会以热量的形式耗散功率。这种热量在热敏电阻芯中产生并影响测量的精度。发生这种情况的程度取决于流过的电流量、环境（是液体还是气体、NTC 传感器上是否有任何流动等）、热敏电阻的温度系数、热敏电阻的总地区等。 NTC 传感器的电阻以及通过它的电流取决于环境这一事实通常用于液体存在检测器，例如储罐中的检测器。

热容量
热容量表示将热敏电阻的温度提高 1°C 所需的热量，通常以 mJ/°C 表示。当使用 NTC 热敏电阻传感器作为浪涌电流限制装置时，了解精确的热容量非常重要，因为它定义了 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到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zui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使用某些近似值。

一阶近似
一个近似，也是zui简单的使用，是一阶近似，它指出：

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

测试公式
另一个方程给出了令人满意的结果，在 0 到 +100°C 的范围内精确到 ±1°C。它取决于可以通过测量获得的单一材料常数β。方程可以写成：

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

斯坦哈特-哈特方程
迄今为止已知的zui佳近似值是 Steinhart-Hart 公式，发表于 1968 年：

其中 ln R是开尔文温度T下电阻的自然对数，A、B和C是从实验测量得出的系数。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 公式通常在 -50 至 +150 °C 的范围内精确到 ±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，则必须减小温度范围，并且可以在 0 到 +100 °C 的范围内实现优于 ±0.01 °C 的精度。

选择正确的近似值
用于从电阻测量得出温度的公式的选择需要基于可用的计算能力以及实际容差要求。在某些应用中，一阶近似就足够了，而在其他应用中，甚至 Steinhart-Hart 方程都不能满足要求，并且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
通常用于制造 NTC 电阻器的材料是铂、镍、钴、铁和硅的氧化物，用作纯元素或用作陶瓷和聚合物。NTC 热敏电阻可根据使用的生产工艺分为三组。

珠状热敏电阻

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。它们通常提供快速响应时间、更好的稳定性并允许在比磁盘和芯片 NTC 传感器更高的温度下运行，但它们更脆弱。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。它们比珠型 NTC 电阻器更大，因此反应时间更慢。然而，由于它们的尺寸，它们具有更高的耗散常数（将温度升高 1°C 所需的功率）。由于热敏电阻耗散的功率与电流的平方成正比，因此它们可以比珠型热敏电阻更好地处理更高的电流。圆盘型热敏电阻是通过将氧化物粉末的混合物压入圆形模具，然后在高温下烧结制成的。芯片通常通过流延工艺制造，其中将材料浆作为厚膜展开，干燥并切割成形状。典型尺寸范围为直径 0.25 至 25 毫米。

玻璃封装的 NTC 热敏电阻

这些是密​​封在密封玻璃泡中的 NTC 温度传感器。它们设计用于 150 °C 以上的温度，或用于印刷电路板安装，其中坚固性是必须的。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 热敏电阻用于广泛的应用。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是否存在，作为电源电路中的限流装置，用于汽车应用中的温度监控，以及更多应用。根据应用中利用的电气特性，NTC 传感器可分为三组。

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。这些还包括使用 NTC 热敏电阻以便 NTC 温度传感器的温度与一些其他物理现象相关的情况。这组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保持尽可能低，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。这些特性与所使用的 NTC 热敏电阻的热容量和耗散常数有关。该电路通常依赖于 NTC 热敏电阻由于通过它的电流而升温。在某一时刻，它会触发电路中的某种变化，具体取决于使用它的应用。

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的变化，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，以下符号用于负温度系数热敏电阻。

NTC热敏电阻（IEC标准）

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