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选择ntc热敏电阻时要考虑的要点
来源:赛斯维传感器网 发表于 2021/3/11

本文探讨了ntc热敏电阻的类型及其关键性能标准,并提供了针对给定应用选择合适器件的建议。


负温度系数(ntc)热敏电阻用作各种汽车,工业,家用电器和医疗应用的高精度温度传感器元件。由于有各种各样的ntc热敏电阻可用-用不同的设计创建并由多种材料制成-因此,为特定应用选择最佳的ntc热敏电阻可能是一个挑战。本文探讨了ntc热敏电阻的类型及其关键性能标准,并提供了针对给定应用选择合适器件的建议。 


为什么选择ntc?

有三种主要的温度传感器技术,每种技术都有自己的特点:电阻温度检测器(rtd)传感器和两种类型的热敏电阻,正负温度系数热敏电阻。rtd传感器主要用于测量广泛的温度范围,并且由于它们使用纯金属,因此它们往往比热敏电阻更昂贵。 


因此,由于热敏电阻以相同或更好的精度测量温度,因此通常优先使用它们而不是rtd。顾名思义,正温度系数(ptc)热敏电阻的电阻随着温度的升高而增加。它们通常用作关断或安全电路中的温度极限传感器,因为一旦满足开关温度,电阻就会飙升。另一方面,随着温度升高,负温度系数(ntc)热敏电阻的电阻减小。电阻-温度(rt)关系是一条平坦的曲线,因此对于温度测量而言,它非常准确且稳定。 

图1.  ptc和ntc热敏电阻的电阻特性。

 

密钥选择标准

ntc热敏电阻具有很高的灵敏度,并且可以高精度(±0.1°c)来测量温度,使其成为广泛应用中测量温度的理想技术。但是,选择指定哪种类型取决于一些标准-温度范围,电阻范围,测量精度,环境,响应时间和尺寸要求。 


环氧树脂涂层的ntc元件结构坚固,测量温度通常在-55°c至 155°c之间,而玻璃封装的ntc元件的测量温度最高可达 300°c。对于需要极快响应时间的应用,玻璃封装的元件是更合适的选择。它们也更紧凑,直径小至0.8mm。 


使ntc热敏电阻的温度与引起温度变化的组件的温度相匹配是很重要的。因此,它们不仅可以采用传统的带引线形式,而且还可以安装在螺钉型外壳中,以固定到散热器上以进行表面安装。


刚进入市场的是完全无铅的(芯片和元件)ntc热敏电阻,可满足即将颁布的rosh2指令的更严格要求。


了解耗散因数

损耗因数定义为功耗变化与热敏电阻体温的最终变化之比。它以mw / k表示,并用作使稳态热敏电阻将其体温升高1 k的负载量。耗散因数越高,热敏电阻向周围环境散发的热量就越多。 


由于引线长度和材料,封装材料,安装和组装均有助于确定耗散因数,因此建议在“真实”环境中对原型进行测试。这些测试确定了最大允许输入电流,以确保在最高测量/控制温度下,热敏电阻内部的自热误差可忽略不计。但是,施加的电流与施加的功率之间存在微妙的平衡,该平衡必须尽可能低,以使系统灵敏度最大化。


应用实例概述

ntc传感器元件和系统在广泛的领域中实现,尤其是在汽车领域。典型的应用包括加热的方向盘和座椅,以及复杂的气候控制系统。热敏电阻用于废气再循环(egr)系统,进气歧管(aim)传感器以及温度和歧管绝对压力(tmap)传感器,其广泛的工作温度范围具有很高的抗冲击性和振动强度,高可靠性和长寿命长期稳定性。如果热敏电阻将用在汽车应用中,则这里的抗应力aec-q200全球标准是强制性的。  


在电动和混合动力汽车中,ntc传感器用于电池安全,监视电脉冲绕组和充电状态。用于冷却电池的制冷剂冷却系统与空调系统相连。


家用电器中的温度感应和控制涵盖了广泛的温度范围。例如,在干衣机中,温度传感器确定流入滚筒的热空气的温度,以及排出滚筒时排出的空气的温度。对于冷却和冻结,ntc传感器测量冷却室的温度,防止蒸发器结冰,并检测环境温度。在诸如熨斗,咖啡机和水壶之类的小家电中,为了安全和提高能源效率而采用了温度传感器。供暖,通风和空调(hvac)装置占据了更大的细分市场。


不断发展的医疗领域

医疗电子领域具有各种用于住院,门诊甚至家庭护理的设备,ntc热敏电阻被用作医疗设备中的温度感应组件。 


当小型移动医疗设备正在充电时,必须不断监视可充电电池的工作温度。这是因为在监视过程中使用的电化学反应主要取决于温度,因此快速,准确的分析至关重要。 


连续葡萄糖监测(gcm)补丁可监测糖尿病患者的血糖水平。这里,ntc传感器用于测量温度,因为这会影响结果。


持续气道正压(cpap)治疗使用一台机器来帮助患有睡眠呼吸暂停的人在睡眠期间更轻松地呼吸。同样,对于严重的呼吸道疾病(例如covid-19),机械呼吸机通过将空气轻柔地压入其肺部并清除二氧化碳来接管患者的呼吸。在这两种情况下,玻璃封装的ntc传感器都集成在加湿器,气道导管和进气口中,以测量空气温度,以确保患者保持舒适。 


最近的大流行推动了对具有长期稳定性的ntc传感器更高的灵敏度和精度的要求。新的病毒测试仪具有严格的温度控制要求,以确保样品和试剂之间的反应一致。智能手表还集成了体温监测系统,以警告潜在的疾病。

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