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温度传感器NTC芯片关键特性参数

时间:2014-03-25 来源:原创 作者:卜沛霞 点击:

NTC芯片关键特性参数

温度是一个基本的物理量,自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发,应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器

温度传感器有四种主要类型:热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。本文主要介绍热敏电阻的分类以及NTC关键特性参数.

1热敏电阻的分类

热敏电阻分为PTC(Positive Temperature coefficient),NTC(Negative Temperature coefficient)两类。PTC 阻值随温度升高而升高。电阻是以BaTiO3,SrTiO3,PbTiO3为主要成分,加入微量的Nb,Ta,Bi,Sb,Y,La 使之半导化。NTC 阻值随着温度升高而降低。电阻是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料,采用陶瓷工艺制造而成的。

这些金属氧化物材料都具有半导体性质,因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时,这些氧化物材料的载流子(电子和孔穴)数目少,所以其电阻值较高;随着温度的升高,载流子数目增加,所以电阻值降低。

2 NTC关键特性参数

以下介绍的芯片的关键参数均是由芯片的材料系统决定的。

1.芯片的电导率

 根据公式R=ρ*L/S在已知芯片的长宽高的条件下可推出电导率。

 相同电导率的芯片,截面积越大(芯片越大),芯片的阻值越小。

 由此我们可以通过看芯片的尺寸初步推断出芯片的阻值范围。

2 零功率电阻R(25)

零功率电阻即加在芯片两端的电压电流成线性关系时,芯片本身没有自热误差。除非特别指出,它是热敏电阻器的设计电阻值,也是标称电阻值。例如102=1K=1000 Ohms @25C or 545=5400000 ohms @25C

芯片选型的过程中是最先考虑的参数。根据客户要求选中一款芯片,通过改变芯片的长宽高等尺寸可以改变电阻值已达到目标值。

3 芯片两个温度点的β值

β=(T*T0)/(T0-T)*ln(RT/RT0)

β代表的是R-T上两个温度点之间的斜率,β越大,曲线越陡,对单位温度的变化引起的阻值变化也越灵敏。在某种情况下,β也可以标明芯片的材料。

4芯片两个温度点的比值

比值:两个温度点下芯片阻值比,低温度点阻值比高温度阻值。

5 热时间常数τ

热时间常数即热响应时间,热敏电阻在零功率状态下,当环境温度突变时,电阻体温度由起始温度变化到最终温度的63.2%时所需的时间。一般地,选择75C 和25C 作为初始和最终的温度点。热时间常数τ与热敏电阻的热容量C成正比,与耗散系数 δ成反比。一般该常数越大表明此热敏电阻性能越好。医疗产品对热敏电阻的反应时间有要求。

6耗散系数δ

它表示电阻温度升高1C 所需消耗的功率。在工作温度范围内, δ 随环境温度变化而有所变化。在规定的环境温度下,热敏电阻器耗散功率变化率与其相应温度变化之比。一般地,选择75C 和25C 作为初始和最终的温度点。

在实际的芯片应用过程中,耗散系数被用来决定芯片的最大测试电流(当零功率测试时)。或者在计算芯片在特定温度点下的自热误差。还可以用作测量其他参数。

例如:某芯片的零功率电阻R(25)=10K,测试电流=1MA,δ=1mw/℃ ,由此推算出自热温度差。

解:耗散功率=I2R=(0.001)2*10000=10mw

    自热温度差P/δ=10mw/1mw/℃=10℃

7 热容量C

热容量即热敏电阻本身温度改变1Kelvin, 所需要消耗的能量,单位是J

热容量=热时间常数*耗散系数 即C=δ/τ

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