NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻工作原理
NTC是Negative Temperature Coefficient
的縮寫，意思是負(fù)的溫度系數(shù)，泛指負(fù)溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件，所謂NTC熱敏電阻器就是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料， 采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，因?yàn)樵趯?dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時(shí)，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在10O~1000000歐姆，溫度系數(shù)-2%~-6.5%。NTC熱敏電阻器可廣泛應(yīng)用于溫度測(cè)量、溫度補(bǔ)償、抑制浪涌電流等場(chǎng)合。
NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻專業(yè)術(shù)語(yǔ)
在家電開發(fā)研制領(lǐng)域里，工程人員在運(yùn)用熱敏電阻的過程中，有時(shí)對(duì)一些主要參數(shù)的細(xì)節(jié)產(chǎn)生歧義，原因之一是某些參數(shù)的定義和內(nèi)容缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。隨著國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《直熱式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（第一部分：總規(guī)范）》GB/T
6663.1-2007/IEC
60539-1:2002（以下簡(jiǎn)稱“國(guó)標(biāo)”）的實(shí)施（07年9月1日），情況開始有所改變。國(guó)內(nèi)熱敏電阻器生產(chǎn)家都應(yīng)當(dāng)按照“國(guó)標(biāo)”標(biāo)注熱敏電阻的參數(shù)，使用者也可以根據(jù)
“國(guó)標(biāo)”向廠家索取熱敏電阻的參數(shù)。
零功率電阻值 RT（Ω）
RT指在規(guī)定溫度 T
時(shí)，采用引起電阻值變化相對(duì)于總的測(cè)量誤差來說可以忽略不計(jì)的測(cè)量功率測(cè)得的電阻值。
電阻值和溫度變化的關(guān)系式為：
RT = RN expB(1/T – 1/TN)
RT ： 在溫度 T （ K ）時(shí)的 NTC 熱敏電阻阻值。
RN ： 在額定溫度 TN （ K ）時(shí)的 NTC 熱敏電阻阻值。
T ： 規(guī)定溫度（ K ）。
B ： NTC 熱敏電阻的材料常數(shù)，又叫熱敏指數(shù)。
exp： 以自然數(shù) e 為底的指數(shù)（ e = 2.71828 …）。
該關(guān)系式是經(jīng)驗(yàn)公式，只在額定溫度 TN 或額定電阻阻值 RN
的有限范圍內(nèi)才具有一定的精確度，因?yàn)椴牧铣?shù)B 本身也是溫度 T 的函數(shù)。
額定零功率電阻值 R25 （Ω）
根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定，額定零功率電阻值是 NTC 熱敏電阻在基準(zhǔn)溫度 25 ℃
時(shí)測(cè)得的電阻值 R25，這個(gè)電阻值就是NTC 熱敏電阻的標(biāo)稱電阻值。通常所說 NTC 熱敏電阻多少阻值，亦指該值。
材料常數(shù)（熱敏指數(shù)） B 值（ K
）
B 值被定義為：
RT1 ： 溫度 T1 （ K ）時(shí)的零功率電阻值。
RT2 ： 溫度 T2 （ K ）時(shí)的零功率電阻值。
T1、T2 ：兩個(gè)被指定的溫度（ K ）。
對(duì)于常用的 NTC 熱敏電阻， B 值范圍一般在 2000K ～ 6000K
之間。
零功率電阻溫度系數(shù)（αT ）
在規(guī)定溫度下， NTC
熱敏電阻零動(dòng)功率電阻值的相對(duì)變化與引起該變化的溫度變化值之比值。
αT ： 溫度 T （ K ）時(shí)的零功率電阻溫度系數(shù)。
RT ： 溫度 T （ K ）時(shí)的零功率電阻值。
T ： 溫度（ T ）。
B ： 材料常數(shù)。
耗散系數(shù)（δ）
在規(guī)定環(huán)境溫度下， NTC
熱敏電阻耗散系數(shù)是電阻中耗散的功率變化與電阻體相應(yīng)的溫度變化之比值。
δ： NTC 熱敏電阻耗散系數(shù)，（ mW/ K ）。
△ P ： NTC 熱敏電阻消耗的功率（ mW ）。
△ T ： NTC 熱敏電阻消耗功率△ P 時(shí)，電阻體相應(yīng)的溫度變化（ K ）。
熱時(shí)間常數(shù)(τ)
在零功率條件下， 當(dāng)溫度突變時(shí)， 熱敏電阻的溫度變化了始未兩個(gè)溫度差的 63.2%
時(shí)所需的時(shí)間， 熱時(shí)間常數(shù)與 NTC 熱敏電阻的熱容量成正比，與其耗散系數(shù)成反比。
τ： 熱時(shí)間常數(shù)（ S ）。
C： NTC 熱敏電阻的熱容量。
δ： NTC 熱敏電阻的耗散系數(shù)。
額定功率Pn
在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許消耗的功率。在此功率下，電阻體自身溫度不超過其最高工作溫度。
最高工作溫度Tmax
在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器能長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許的最高溫度。即:
T0-環(huán)境溫度。
測(cè)量功率Pm
熱敏電阻在規(guī)定的環(huán)境溫度下，阻體受測(cè)量電流加熱引起的阻值變化相對(duì)于總的測(cè)量誤差來說可以忽略不計(jì)時(shí)所消耗的功率。
一般要求阻值變化大于0.1%，則這時(shí)的測(cè)量功率Pm為：
電阻溫度特性
NTC熱敏電阻的溫度特性可用下式近似表示：
式中：
RT：溫度T時(shí)零功率電阻值。
A：與熱敏電阻器材料物理特性及幾何尺寸有關(guān)的系數(shù)。
B：B值。
T：溫度（k）。
更精確的表達(dá)式為：
式中：
RT：熱敏電阻器在溫度T時(shí)的零功率電阻值。
T：為絕對(duì)溫度值，K；
A、B、C、D：為特定的常數(shù)。
NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻R-T特性
B 值相同， 阻值不同的 R-T 特性曲線示意圖
相同阻值，不同B值的NTC熱敏電阻R-T特性曲線示意圖
測(cè)溫以外的其他應(yīng)用
液位測(cè)量原理
氣體和液體是明顯不同的介質(zhì)， 運(yùn)用NTC在對(duì)它們進(jìn)行測(cè)量時(shí)，
如果可以分辨出這兩種介質(zhì)，就解決了液位測(cè)量的問題。NTC在非自熱狀態(tài)也就是零功率狀態(tài)下測(cè)量溫度時(shí)， 是無法根據(jù)測(cè)量結(jié)果判斷被測(cè)對(duì)象的是什么介質(zhì)。當(dāng)NTC處于自熱狀態(tài)時(shí)，在介質(zhì)溫度相同的情況下，NTC在不同的介質(zhì)中耗散系數(shù)（δ）是不同的，當(dāng)NTC被置于不同的介質(zhì)中時(shí)，相同電氣條件下會(huì)出現(xiàn)不同的電性能反映，這是測(cè)量液位的基本依據(jù)。
以相同溫度的水和空氣為例，在同一電氣條件下，例如給NTC提供一個(gè)恒定電流，使其在空氣中產(chǎn)生自熱，熱平衡之后NTC兩端電壓相對(duì)穩(wěn)定，接著，將它放入水中，兩端電壓上升。
因?yàn)镹TC從空氣中進(jìn)入水中后，溫度下降，導(dǎo)致阻值上升，端電壓升高。水的熱容量是空氣的2.5倍， NTC在水中的自熱溫度要達(dá)到與空氣一樣的自熱溫度需要2.5倍的功率。
在實(shí)際的液位測(cè)量中，水和空氣的溫度往往不一致， 當(dāng)空氣溫度偏低，而水溫偏高時(shí)，根據(jù)電壓值的大小則無法判斷NTC是在水中還是在空氣中。然而，對(duì)于一個(gè)溫度點(diǎn)而言，
NTC在水中和空氣中分別有個(gè)兩電壓值，換言之，當(dāng)我們知道一個(gè)溫度點(diǎn)，同時(shí)又預(yù)先知道這個(gè)溫度點(diǎn)上水和空氣分別的電壓值，就可以根據(jù)所測(cè)量到的電壓值判斷NTC是在水中還是在空氣中。也就是說，測(cè)量液位的過程中還必須同時(shí)測(cè)量溫度，而一般情況下，NTC在自熱狀態(tài)下不能測(cè)量溫度，這就需要增加一個(gè)測(cè)量溫度的NTC。利用兩只NTC，一只處于非自熱狀態(tài)，
另一只處于自熱狀態(tài)，經(jīng)過電子電路的處理就可以對(duì)水位進(jìn)行測(cè)量了。同理，其它氣體和液體介質(zhì)的液位測(cè)量的問題都可以得到解決。
需要指出，設(shè)計(jì)液位測(cè)量電路需要完成一些基礎(chǔ)性的工作，原因是不同電路的NTC所處于的自熱狀態(tài)不一定一樣，需要通過試驗(yàn)或計(jì)算獲取測(cè)量溫度范圍內(nèi)每個(gè)溫度點(diǎn)上兩種介質(zhì)的電氣參數(shù)，
為兩個(gè)對(duì)應(yīng)系列。通常，先明定測(cè)量方案，再確定電路，然后根據(jù)電路要求測(cè)量或計(jì)算出每個(gè)溫度條件下兩種介質(zhì)的數(shù)據(jù)。有時(shí)模擬電路需要繪制出NTC在兩種介質(zhì)的溫度電壓曲線（同一溫度參照系中的曲線），而數(shù)字及單片機(jī)電路需要對(duì)兩種介質(zhì)的電氣參數(shù)列表。
風(fēng)速測(cè)量原理
NTC處于自熱狀態(tài)中對(duì)空氣流動(dòng)表現(xiàn)的敏感性，表明它具有測(cè)量風(fēng)速的潛力。在同一溫度和電氣條件下，例如在穩(wěn)定的室溫環(huán)境下，給NTC提供一個(gè)產(chǎn)生自熱的恒定電流。
首先將NTC置于靜止空氣中，此時(shí)端電壓最小，然后將風(fēng)速由小到大逐漸增加，相應(yīng)地，端電壓逐漸升高。因?yàn)榱鲃?dòng)的空氣使NTC的自熱溫度下降，阻值增加，空氣流速越大，溫度下降越明顯，阻值增加更顯著，反過來，當(dāng)我們知道NTC自熱下降的程度（端電壓值的大小）就可以知道風(fēng)速的大小，
這就是NTC測(cè)量風(fēng)速的基本原理。
實(shí)際測(cè)量時(shí)空氣的溫度是不同的，
因?yàn)榭諝鉁囟鹊南陆狄矔?huì)導(dǎo)致自熱溫度的下降，所以測(cè)量風(fēng)速的時(shí)候同時(shí)要測(cè)量空氣溫度。一旦知道空氣溫度，
同時(shí)又知道在這一溫度條件下隨風(fēng)速增加而自熱溫度下降的參數(shù)（端電壓值的大小），經(jīng)過對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)的處理就就可以完成對(duì)風(fēng)速的測(cè)量。
與液位測(cè)量一樣，風(fēng)速測(cè)量也要完成一些基礎(chǔ)工作。
不過，風(fēng)速測(cè)量的基礎(chǔ)或計(jì)算工作量比液位測(cè)量要多許多倍，液位測(cè)量只需獲取兩種介質(zhì)不同溫度下的參數(shù)，也就是兩組數(shù)據(jù)，
而風(fēng)速測(cè)量必需獲取測(cè)量（風(fēng)速、溫度）范圍內(nèi)的每個(gè)溫度點(diǎn)上不同風(fēng)速的數(shù)據(jù)，為一個(gè)族系列。
