?熱敏電阻器是電阻值對(duì)溫度極為敏感的一種電阻器,也叫半導(dǎo)體熱敏電阻器。它可由單晶、多晶以及玻璃、塑料等半導(dǎo)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的變化,以及伏安曲線呈非線性。以下是影響其使用的因素:
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一、溫度特性
熱敏系數(shù)
定義與重要性:熱敏系數(shù)是衡量熱敏電阻器溫度敏感性的關(guān)鍵指標(biāo)。正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻的電阻值隨溫度升高而增大,負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻則相反。熱敏系數(shù)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(shù)一般在 - 2%/℃到 - 6%/℃之間,這意味著溫度每升高 1℃,其電阻值會(huì)降低 2% - 6%。不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)熱敏系數(shù)有不同要求,在溫度測(cè)量和控制精度要求高的場(chǎng)合,需要選擇熱敏系數(shù)合適的熱敏電阻。
材料和工藝影響:熱敏系數(shù)主要取決于熱敏電阻的材料成分和制造工藝。對(duì)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(jié)工藝會(huì)影響熱敏系數(shù)。例如,通過(guò)改變錳、鎳、鈷的比例,可以調(diào)節(jié) NTC 熱敏電阻的熱敏系數(shù),以滿足不同的應(yīng)用需求。
溫度范圍和穩(wěn)定性
工作溫度范圍限制:熱敏電阻器都有其規(guī)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(dá) 600℃的溫度下工作。在實(shí)際應(yīng)用中,如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)溫度監(jiān)測(cè),需要使用能在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作的熱敏電阻;而在冷藏設(shè)備中,則需要在低溫范圍性能良好的熱敏電阻。
溫度穩(wěn)定性:在工作溫度范圍內(nèi),熱敏電阻的性能(如電阻 - 溫度特性)應(yīng)保持穩(wěn)定。然而,長(zhǎng)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(dǎo)致熱敏電阻的性能漂移。這主要是由于材料的老化、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化等原因引起的。例如,在高溫環(huán)境下,熱敏電阻內(nèi)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(cè)量和控制的準(zhǔn)確性,需要考慮熱敏電阻的溫度穩(wěn)定性,選擇質(zhì)量可靠、經(jīng)過(guò)老化測(cè)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(guī)定的技術(shù)條件下長(zhǎng)期連續(xù)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?yàn)檫^(guò)熱而損壞。例如,一個(gè)額定功率為 1W 的熱敏電阻,當(dāng)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(dǎo)致熱敏電阻性能下降甚至燒毀。在設(shè)計(jì)電路時(shí),必須根據(jù)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(jié)構(gòu)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(duì)較強(qiáng)。例如,在一些過(guò)流保護(hù)電路中,當(dāng)電路中出現(xiàn)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(hù)電路。同時(shí),不同材料制成的熱敏電阻在過(guò)載后的恢復(fù)能力也不同,一些高質(zhì)量的熱敏電阻在過(guò)載后,當(dāng)電流恢復(fù)正常時(shí),其性能可以較快地恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。
電阻精度和線性度
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(biāo)稱電阻值之間的偏差程度。在精密溫度測(cè)量和控制電路中,如醫(yī)療設(shè)備中的溫度傳感器、高精度的工業(yè)溫控系統(tǒng)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(cè)量電路中,要求熱敏電阻的電阻精度在 ±1% 以內(nèi),以確保溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性。電阻精度主要受材料純度、制造工藝和生產(chǎn)設(shè)備的精度等因素影響。
線性度的重要性和特點(diǎn):線性度是指熱敏電阻的電阻 - 溫度特性曲線與理想直線的接近程度。在一些簡(jiǎn)單的溫度檢測(cè)和控制電路中,如果熱敏電阻的線性度較好,就可以采用簡(jiǎn)單的線性補(bǔ)償方法來(lái)提高溫度測(cè)量的精度。然而,大多數(shù)熱敏電阻的電阻 - 溫度特性是非線性的。例如,NTC 熱敏電阻的電阻 - 溫度曲線是指數(shù)下降的,這在實(shí)際應(yīng)用中可能需要更復(fù)雜的電路(如采用微處理器進(jìn)行非線性補(bǔ)償)來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量溫度。
三、環(huán)境因素
濕度影響
受潮后的性能變化:濕度對(duì)熱敏電阻器的性能有顯著影響。當(dāng)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(dǎo)致絕緣性能下降。對(duì)于一些封裝不良的熱敏電阻,水分還可能滲入內(nèi)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 - 溫度特性曲線也可能會(huì)發(fā)生變化。在一些對(duì)濕度敏感的環(huán)境(如戶外氣象站、潮濕的工業(yè)車間等)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(nèi)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(hù)。例如,在電子設(shè)備的電路板上,對(duì)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)受到周圍化學(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(yīng),導(dǎo)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(yīng),改變其化學(xué)成分和電學(xué)性能。
防護(hù)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(duì)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(hù)涂層或耐腐蝕的封裝材料來(lái)保護(hù)熱敏電阻。例如,在有化學(xué)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中,可以使用聚四氟乙烯(PTFE)等耐腐蝕材料對(duì)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(jī)械應(yīng)力和振動(dòng)
機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)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(jī)械應(yīng)力的作用。例如,在安裝時(shí)如果用力過(guò)大,可能會(huì)導(dǎo)致熱敏電阻的引腳彎曲或內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞。此外,在一些振動(dòng)環(huán)境(如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙、工業(yè)振動(dòng)設(shè)備附近)中,長(zhǎng)期的振動(dòng)可能會(huì)使熱敏電阻的焊點(diǎn)松動(dòng)、內(nèi)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(xiàng):為了減少機(jī)械應(yīng)力和振動(dòng)的影響,在安裝熱敏電阻時(shí)要注意操作規(guī)范,避免過(guò)度用力。對(duì)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(jī)械強(qiáng)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(shè)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(jī)械環(huán)境下能夠正常工作。