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談PTC熱敏電阻PTC材料的三種基本特性


談PTC熱敏電阻PTC材料的三種基本特性

從應用的角度出發,通常把PTC材料的基本特性分為:電阻-溫度特性、伏-安特性、電流-時間特性和熱特性。

1.2.1 電阻-溫度特性(R-T)

電阻-溫度特性通常簡稱為阻溫特性,指在規定的電壓下,PTC熱敏電阻零功率電阻與電阻溫度之間的依賴關系。
零功率電阻,是指在某一溫度下測量PTC熱敏電阻值時,加在PTC熱敏電阻上的功耗極低,低到因其功耗引起的PTC熱敏電阻的阻值變化可以忽略不計.額定零功率電阻指環境溫度25℃條件下測得的零功率電阻值.

表征阻溫特性好壞的重要參數是溫度系數α ,反映的是阻溫特性曲線的陡峭程度。溫度系數α越大,PTC熱敏電阻對溫度變化的反應就越靈敏,即PTC效應越,其相應的PTC熱敏電阻的性能也就越好,使用壽命就越長。PTC熱敏電阻的溫度系數定義為溫度變化導致的電阻的相對變化. α = (lgR2-lgR1)/(T2-T1)一般情況下,T1取Tc+15℃T2取Tc+25℃來計算溫度系數。

1.2.2 伏-安特性(V-I特性)

電壓-電流特性簡稱伏安特性,它展示了PTC熱敏電阻在加電氣負載達到熱平衡的情況下,電壓與電流的相互依賴關系。
  
PTC熱敏電阻的伏安特性大致可分為三個區域:

在0-Vk之間的區域稱為線性區,此間的電壓和電流的關系基本符合歐姆定律,不產生的非線性變化,也稱不動作區。在Vk-Vmax之間的區域稱為躍變區,此時由于PTC熱敏電阻的自熱升溫,電阻值產生躍變,電流隨著電壓的上升而下降,所以此區也稱動作區。在VD以上的區域稱為擊穿區,此時電流隨著電壓的上升而上升, PTC熱敏電阻的阻值呈指數型下降,于是電壓越高,電流越大,PTC熱敏電阻的溫度越高,阻值越低,很快導致PTC熱敏電阻的熱擊穿。伏安特性是過載保護PTC熱敏電阻的重要參考特性。

1.2.3 電流-時間特性(I-t特性)

電流-時間特性是指PTC熱敏電阻在施加電壓的過程中,電流間變化的特性。開始加電瞬間的電流稱為起始電流,達到熱平衡時的電流稱為殘余電流。

環境溫度下,給PTC熱敏電阻加一個起始電流(是動作電流),通過PTC熱敏電阻的電流降低到起始電流的50%時經歷的時間就是動作時間.電流-時間特性是自動消磁PTC熱敏電阻、延時啟動PTC熱敏電阻、過載保護PTC熱敏電阻的重要參考特性。

1.2.4 與熱效應有關的參數

耗散系數δ:熱敏電阻器中功率耗散的變化量與元件相應溫度變化量之比稱為耗散系數,其單位為 W/℃.
耗散系數是表征PTC熱敏電阻器與周圍媒介進行熱交換能力的一個參數, 也是PTC元器件應用中重要的參數之一。 在材料配方、工藝的前提下, PTC本身的居里溫度、升阻比均基本不變, PTC器件的其它性能參數則由其結構、外殼及散熱條件決定。耗散系數則是這些條件的綜合表現。因此PTC元器件的動作時間、恢復特性等均與耗散系數有關。對于大功率發熱件來講,耗散系數就重要,它直接影響到功率輸出。

當PTC熱敏電阻器兩端加上電壓時,由于功耗。電阻體溫度逐漸升高,同時向周圍媒質散發熱量直至電阻體的溫度達到穩定,此時消耗的功率擴散到媒質中.電阻器的功耗變化量△P與電阻體的溫度變化量△T之比就是耗散系數δ。
耗散系數對于加熱器件的結構設計重要, 只要在器件結構上略加修改便可使電參數大為提高,很多工程師卻長期被困擾在PTC材料和配方的研究上,這是可惜的。

熱時間常數ε:表征元件對周圍環境溫度反應的快慢,當把PTC元件用作溫度傳感器時,這個參數重要。熱時間常數定義為:在零功率條件下,當環境溫度突變時, PTC熱敏電阻的溫度變化了其始末溫差的63.2%所需要的時間,用ε表示。

熱容量C:使熱敏電阻器的溫度每升高1℃所需要的熱量,稱為熱容量,單位J/℃,C=εδ

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