?熱敏電阻器是電阻值對溫度極為敏感的一種電阻器,也叫半導體熱敏電阻器。它可由單晶、多晶以及玻璃、塑料等半導體材料制成。這種電阻器具有一系列特殊的電性能,最基本的特性是其阻值隨溫度的變化有極為顯著(zhù)的變化,以及伏安曲線(xiàn)呈非線(xiàn)性。以下是影響其使用的因素:
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一、溫度特性
熱敏系數
定義與重要性:熱敏系數是衡量熱敏電阻器溫度敏感性的關(guān)鍵指標。正溫度系數(PTC)熱敏電阻的電阻值隨溫度升高而增大,負溫度系數(NTC)熱敏電阻則相反。熱敏系數的大小直接決定了熱敏電阻在溫度變化時(shí)電阻值的變化幅度。例如,NTC 熱敏電阻的熱敏系數一般在 - 2%/℃到 - 6%/℃之間,這意味著(zhù)溫度每升高 1℃,其電阻值會(huì )降低 2% - 6%。不同應用場(chǎng)景對熱敏系數有不同要求,在溫度測量和控制精度要求高的場(chǎng)合,需要選擇熱敏系數合適的熱敏電阻。
材料和工藝影響:熱敏系數主要取決于熱敏電阻的材料成分和制造工藝。對于 NTC 熱敏電阻,常用的材料是金屬氧化物(如錳、鎳、鈷等的氧化物),這些氧化物的配比和燒結工藝會(huì )影響熱敏系數。例如,通過(guò)改變錳、鎳、鈷的比例,可以調節 NTC 熱敏電阻的熱敏系數,以滿(mǎn)足不同的應用需求。
溫度范圍和穩定性
工作溫度范圍限制:熱敏電阻器都有其規定的工作溫度范圍。超出這個(gè)范圍,熱敏電阻的性能可能會(huì )發(fā)生變化,甚至損壞。例如,一般的 PTC 熱敏電阻工作溫度范圍可能在 - 50℃到 300℃之間,而一些特殊用途的高溫 PTC 熱敏電阻可以在高達 600℃的溫度下工作。在實(shí)際應用中,如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機溫度監測,需要使用能在高溫環(huán)境下穩定工作的熱敏電阻;而在冷藏設備中,則需要在低溫范圍性能良好的熱敏電阻。
溫度穩定性:在工作溫度范圍內,熱敏電阻的性能(如電阻 - 溫度特性)應保持穩定。然而,長(cháng)時(shí)間在高溫或溫度變化劇烈的環(huán)境下使用,可能會(huì )導致熱敏電阻的性能漂移。這主要是由于材料的老化、內部結構的變化等原因引起的。例如,在高溫環(huán)境下,熱敏電阻內部的化學(xué)鍵可能會(huì )發(fā)生斷裂或重組,從而改變其熱敏特性。為了保證溫度測量和控制的準確性,需要考慮熱敏電阻的溫度穩定性,選擇質(zhì)量可靠、經(jīng)過(guò)老化測試的產(chǎn)品。
二、電氣特性
額定功率和過(guò)載能力
額定功率的意義:額定功率是指熱敏電阻器在規定的技術(shù)條件下長(cháng)期連續工作所允許消耗的最大功率。如果實(shí)際功率超過(guò)額定功率,熱敏電阻可能會(huì )因為過(guò)熱而損壞。例如,一個(gè)額定功率為 1W 的熱敏電阻,當通過(guò)它的電流和兩端的電壓使得其消耗功率超過(guò) 1W 時(shí),就會(huì )產(chǎn)生過(guò)多的熱量,導致熱敏電阻性能下降甚至燒毀。在設計電路時(shí),必須根據熱敏電阻的額定功率來(lái)合理選擇工作電流和電壓,以確保其正常工作。
過(guò)載能力及影響因素:熱敏電阻的過(guò)載能力與它的材料、結構和散熱條件有關(guān)。一般來(lái)說(shuō),體積較大的熱敏電阻散熱條件較好,過(guò)載能力相對較強。例如,在一些過(guò)流保護電路中,當電路中出現瞬間的大電流時(shí),熱敏電阻需要承受短時(shí)間的過(guò)載。如果熱敏電阻的過(guò)載能力不足,就無(wú)法有效地保護電路。同時(shí),不同材料制成的熱敏電阻在過(guò)載后的恢復能力也不同,一些高質(zhì)量的熱敏電阻在過(guò)載后,當電流恢復正常時(shí),其性能可以較快地恢復到原來(lái)的狀態(tài)。
電阻精度和線(xiàn)性度
電阻精度的影響:電阻精度是指熱敏電阻實(shí)際電阻值與標稱(chēng)電阻值之間的偏差程度。在精密溫度測量和控制電路中,如醫療設備中的溫度傳感器、高精度的工業(yè)溫控系統等,需要使用電阻精度高的熱敏電阻。例如,在某些高精度溫度測量電路中,要求熱敏電阻的電阻精度在 ±1% 以?xún)?,以確保溫度測量的準確性。電阻精度主要受材料純度、制造工藝和生產(chǎn)設備的精度等因素影響。
線(xiàn)性度的重要性和特點(diǎn):線(xiàn)性度是指熱敏電阻的電阻 - 溫度特性曲線(xiàn)與理想直線(xiàn)的接近程度。在一些簡(jiǎn)單的溫度檢測和控制電路中,如果熱敏電阻的線(xiàn)性度較好,就可以采用簡(jiǎn)單的線(xiàn)性補償方法來(lái)提高溫度測量的精度。然而,大多數熱敏電阻的電阻 - 溫度特性是非線(xiàn)性的。例如,NTC 熱敏電阻的電阻 - 溫度曲線(xiàn)是指數下降的,這在實(shí)際應用中可能需要更復雜的電路(如采用微處理器進(jìn)行非線(xiàn)性補償)來(lái)準確測量溫度。
三、環(huán)境因素
濕度影響
受潮后的性能變化:濕度對熱敏電阻器的性能有顯著(zhù)影響。當熱敏電阻暴露在高濕度環(huán)境中時(shí),其表面可能會(huì )吸附水分,導致絕緣性能下降。對于一些封裝不良的熱敏電阻,水分還可能滲入內部,改變其材料的電學(xué)性能。例如,濕度可能會(huì )使熱敏電阻的阻值發(fā)生漂移,在濕度變化時(shí),其電阻 - 溫度特性曲線(xiàn)也可能會(huì )發(fā)生變化。在一些對濕度敏感的環(huán)境(如戶(hù)外氣象站、潮濕的工業(yè)車(chē)間等)使用熱敏電阻時(shí),需要考慮采取防潮措施。
防潮措施及封裝方式:為了減少濕度的影響,熱敏電阻通常采用密封封裝的方式。常見(jiàn)的封裝材料有環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃等。這些封裝材料可以有效地防止水分進(jìn)入熱敏電阻內部。此外,在安裝熱敏電阻時(shí),也可以將其放置在干燥的環(huán)境中或者使用防潮盒進(jìn)行保護。例如,在電子設備的電路板上,對于需要在潮濕環(huán)境下工作的熱敏電阻,可以通過(guò)涂覆防潮漆或者使用密封膠來(lái)提高其防潮性能。
化學(xué)物質(zhì)和氣體的作用
化學(xué)腐蝕的危害:熱敏電阻可能會(huì )受到周?chē)瘜W(xué)物質(zhì)和氣體的腐蝕。例如,在化工生產(chǎn)環(huán)境中,熱敏電阻可能會(huì )接觸到酸性、堿性或腐蝕性的氣體和液體。這些化學(xué)物質(zhì)可能會(huì )與熱敏電阻的材料發(fā)生化學(xué)反應,導致其性能下降。如硫化物氣體可能會(huì )與熱敏電阻的金屬氧化物材料發(fā)生反應,改變其化學(xué)成分和電學(xué)性能。
防護方法和材料選擇:為了防止化學(xué)腐蝕,在選擇熱敏電阻時(shí),要考慮其材料對工作環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)的耐受性。同時(shí),可以采用防護涂層或耐腐蝕的封裝材料來(lái)保護熱敏電阻。例如,在有化學(xué)腐蝕風(fēng)險的環(huán)境中,可以使用聚四氟乙烯(PTFE)等耐腐蝕材料對熱敏電阻進(jìn)行封裝,或者在熱敏電阻表面涂覆一層防腐涂料。
機械應力和振動(dòng)
機械應力導致的損壞:在安裝和使用過(guò)程中,熱敏電阻可能會(huì )受到機械應力的作用。例如,在安裝時(shí)如果用力過(guò)大,可能會(huì )導致熱敏電阻的引腳彎曲或內部結構損壞。此外,在一些振動(dòng)環(huán)境(如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機艙、工業(yè)振動(dòng)設備附近)中,長(cháng)期的振動(dòng)可能會(huì )使熱敏電阻的焊點(diǎn)松動(dòng)、內部元件移位或產(chǎn)生裂紋,從而影響其性能。
抗振措施和安裝注意事項:為了減少機械應力和振動(dòng)的影響,在安裝熱敏電阻時(shí)要注意操作規范,避免過(guò)度用力。對于在振動(dòng)環(huán)境中使用的熱敏電阻,可以采用減震措施,如使用橡膠墊、減震支架等。同時(shí),選擇機械強度高、封裝牢固的熱敏電阻也有助于提高其抗振性能。例如,在航空航天設備中使用的熱敏電阻,通常會(huì )采用特殊的加固封裝和減震安裝方式,以確保其在惡劣的機械環(huán)境下能夠正常工作。