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热敏电阻的发展历程与特性

艾睿电子 来源:艾睿电子 2023-11-08 09:26 次阅读

热敏电阻确保自动化设备

稳定运作

热敏电阻(thermistor)的电阻值可随着温度的变化而改变,因此成为监控电子产品温度的理想器件,此外,PTC热敏电阻也可用于担任自恢复保险丝,在确保工业自动化设备安全运作的过程中,扮演重要的角色。本文将为您介绍热敏电阻的发展历程与特性,以及由村田制作所(Murata)所推出的相关解决方案。

热敏电阻是理想的温度传感器

热敏电阻(thermistor)是一种传感器电阻,电阻值会随着温度的变化而改变,且体积随温度的变化较一般的固定电阻要大很多。热敏电阻属可变电阻的一类,广泛应用于各种电子组件中,主要用于测量、控制和监测温度,并且具有许多应用,例如涌浪电流限制器、温度传感器、自恢复保险丝、自动调节加热器等。

不同于电阻温度计使用纯金属,在热敏电阻中使用的材料通常是陶瓷或聚合物。两者也有不同的温度响应性质,电阻温度计适用于较大的温度范围,而热敏电阻通常在有限的温度范围内实现较高的精度,通常是-90℃〜130℃。

热敏电阻被广泛应用于温度传感器中,用来测量环境或物体的温度,热敏电阻也可用于电子设备中的温度补偿,以确保电子组件在不同温度下的正确操作,这有助于提高设备的精确性和稳定性。

热敏电阻还可用于温度控制系统中,例如恒温器、加热器和冷却器,以维持特定温度范围内的稳定温度。热敏电阻也可以用于设备中的过热保护应用,以防止过度加热并避免损坏。

热敏电阻具有温度敏感性,使其成为理想的温度传感器,可以提供高灵敏度的温度测量,并且能够在广泛的温度范围内工作。此外,热敏电阻的电阻-温度关系通常是非线性的,因此需要校正和适当的电路来转换电阻变化为温度数据。另一方面,热敏电阻对温度变化有相对快速的响应时间,这使它们适用于需要实时温度监测和控制的应用。

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NTC热敏电阻广泛用于各种电子产品

通常,“热敏电阻”一词指代的就是NTC(Negative Temperature Coefficient,负温度系数)热敏电阻。1833 年,当时正在研究硫化银半导体的迈克尔·法拉第(Michael Faraday)发现热敏电阻,塞缪尔·鲁本(Samuel Reuben)则于 20 世纪30年代实现其商业化。NTC 热敏电阻是一种由锰(Mn)、镍(Ni)和钴(Co)组成的氧化物半导体陶瓷。

NTC热敏电阻随温度变化,电阻值会产生3~5%/℃的变化。它经常作为一般的温度传感器用于电子设备中。NTC热敏电阻在我们的生活中随处可见,由于阻值随温度的升高而降低的特性,它不仅被用作温度计、空调中的温度感应装置,抑或是智能手机、热水壶及熨斗中的温度控制装置,还被用于电源设备中的电流控制。

Murata于1984年左右开始量产NTC热敏电阻,目前拥有以芯片为主的产品阵容。Murata的NTC热敏电阻使用高精度、高灵敏的陶瓷,有表面贴装(SMD)、引线等各种型号,用于突入电流抑制、温度补偿等方面,有片状型、引线型等多种类产品系列可供选择。

Murata的NTC热敏电阻有多种系列,NCU系列是Murata热敏电阻的新成员,是SMD型温度传感器,具有高可靠性,可用于对信赖性要求很高的汽车市场,实现宽温度范围的温度检测和温度补偿功能。

NCP 系列则是片状式 SMD 型温度传感器,可以用作温度检测、温度补偿用,尺寸有06 x 03~20 x 12mm,可以用在手机电脑LED 照明等领域。

NCG 系列则是SMD型温度传感器,可用于各种温度检测和温度补偿,还可用于有高可靠性需求的汽车应用。NCG系列则是导电粘合剂安装限制产品,它与焊接安装不兼容。

NXF系列则是软引线型NTC热敏电阻,是业内超小级别的带有小型感测头的引线型温度传感器,特点是小型、高灵敏度。另外,NXF系列的引线部分柔性好,可以提供长度在21mm~50mm的产品。

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PTC热敏电阻可作为自恢复保险丝

在1940年代初,由日本、美国、苏联发现的钛酸钡(BaTiO3),常温下比电阻一般大于1010Ω・cm。1952年,Philips(荷兰)的海曼(Haayman)等人发现,当添加少量稀土元素(Y、Bi、Sb等),其比电阻变为10~106Ω·cm,且材料的温度特性与居里点相对应,这便是PTC热敏电阻的诞生。1961年,PTC热敏电阻由Murata抢先开始量产,并获得了POSISTOR的注册商标。

PTC热敏电阻的特点是能够通过非常简单的电路配置检测设备何时过热。另一方面,也有利用PTC热敏电阻特有的“自发热”的应用,通过施加大电流,电阻值因自身发热而上升,可以抑制电流。它们用于保护IC免受由于组件故障、错误接线等原因流过电路的异常电流的影响。PTC热敏电阻可作为自恢复保险丝使用,当异常情况排除时,会恢复到原来的电阻值。

Murata POSISTOR PTC热敏电阻采用具有优异可靠性及性能的陶瓷材料制成。齐全的产品线不仅涵盖了不同的封装形式(表面贴装型,引线直插型),同时也覆盖了用于不同应用的产品如过电流保护用,过热保护用以及突入电流抑制用。

Murata PRF系列的PTC热敏电阻为SMD型,可用于过热检测,这种温度检测用片状PTC热敏电阻,利用其高于一定温度时,电阻值急剧增加的特性,可用于FET、功率IC及其他发热处的过热检测。PRF系列利用电气阻抗急速变化的特性,具有良好的抗噪性。此外,由于阻值变化迅速,即使是具有多个发热点的PTC串联的简单电路中,也可以正确的进行过热检测。因此,可以减少IC端口数,为设备小型化做出贡献。

PRG系列(自恢复保险丝)则是可用于过流保护装置的PTC热敏电阻,具有快速动作的特点,可在因短路等原因产生过流时保护电路。这些产品在过电流消除后会自动恢复到初始状态,并且可以重复使用。使用陶瓷材料意味着高可靠性和短路后快速保护,让客户使设备更安全且免维护。

多层结构PTC热敏电阻具有优异特性

PTC热敏电阻是可用于工厂自动化的机械用芯片,免维护的PTC热敏电阻适用于工厂自动化设备和工厂自动化传感器的I/O顺序输出电路误接、短路引起的过流保护。此外,PTC热敏电阻还广泛应用于机器控制器机器人控制器的I/O电路保护。

目前自恢复保险丝的类型,有聚合物PTC、陶瓷PTC和村田陶瓷PTC 3种类型。聚合物PTC的特性不稳定,可支持更高的电流和更高的电压,传统威廉希尔官方网站 的陶瓷PTC的特性稳定,支持更低的电流和更低的电压,但无法满足工厂自动化标准要求的电气规格(24V电压和超过100mA)。Murata威廉希尔官方网站 的陶瓷PTC的特性稳定,支持更高的电流和更高的电压,这意味着Murata可以解决聚合物PTC特性不稳定的威廉希尔官方网站 问题。

Murata的陶瓷PTC采用多层结构,大大降低了电阻,并可实现高耐压(最大超过30V)和高功率容量,以及更高的保持电流(260mA),其采用陶瓷材料,不仅可靠性好,过流保护时间短,而且免维护,可提高安全性,相较于传统的陶瓷PTC威廉希尔官方网站 只支持更低的电压与更低的保持电流(30V时为20mA)。

在工厂自动化应用时,PRG系列可保护工厂自动化设备免受误接或短路引起的过流故障。像是在电机驱动时,可保护I/O线晶体管等开关器件免受过电流影响。在用于电机的数字输出线时,采用集电极开路电路,支持24VDC电压,电流则取决于设备,PRG系列将可适用于电机驱动中的线路保护。

Murata用于过流保护的PRG系列PTC热敏电阻在做为“自恢复保险丝”时,可提供过载保护,与聚合物PTC自恢复保险丝功能相同,并符合RoHS/ELV标准,通过UL/cUL、TÜV认证(全系列),具备快速响应、防止异常电流的特性,支持6V~32V的最大电压,相较于聚合物PTC在焊接、负载测试和热冲击之后,PRG系列具有稳定的电阻特性,可在电路板涂层或模压下可靠运行,并具有紧凑的尺寸,可节省电路板空间等好处。

结语

热敏电阻的温度敏感性,使其成为温度传感器的理想选择,应用于工厂自动化环境时,可以实时监控设备的温度状况,确保设备稳定运作,此外,PTC热敏电阻也可作为自恢复保险丝,可保护工厂自动化设备免受误接或短路引起的过流故障。Murata拥有完整的热敏电阻产品线,具有高可靠性、成本低、占用面积少等特性,将可以使您的传感器设计具有更高的可靠性和拥有更多的利润。

审核编辑:汤梓红

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原文标题:【威廉希尔官方网站 干货】热敏电阻确保自动化设备稳定运作

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