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入門熱敏電阻的應用 | 溫度傳感器

特普生科技 特普生科技 2023-07-14 12 268

1)熱敏電阻傳感器測溫

熱敏電阻是用于測量溫度的傳感器,結構簡單、價格低廉。未經保護的熱敏電阻只適用于干燥環境,而密封的熱敏電阻則可以抵御濕氣侵蝕,應用于惡劣環境下。

由于熱敏電阻傳感器的阻值較大,故其連接導線的電阻和接觸電阻可以忽略,因此熱敏電阻傳感器可以在長達幾千米的遠距離測量溫度中應用,測量電路多采用橋路。利用其原理還可以用作其他測溫、控溫電路等。

2)熱敏電阻傳感器用于溫度的補償

熱敏電阻傳感器可在一定的溫度范圍內對某些元器件濕度進行補償。例如,動圈式儀表表頭中的動圈由銅線繞制而成。溫度升高,電阻增大,引起溫度的誤差。因而可以在動圈的回路中將負溫度系數的熱敏電阻與錳銅絲電阻并聯后再與被補償元器件串聯,從而抵消內于溫度變化所產生的誤差。在晶體管電路、對數放大器中,也常用熱敏電阻組成補償電路。補償由于溫度引起的漂移誤差。

3)熱敏電阻傳感器的過熱保護

過熱保護分直接保護利間接保護。對小電流場合,可把熱敏電阻傳感器直接串人負載中,防止過熱損壞以保護器件,對大電流場合,可用于對繼電器、晶體管電路等的保護。不論哪種情況,熱敏電阻都與被保護器件緊密結合在一起,從而使兩者之間充分進行熱交換,一旦過熱,熱敏電阻則起保護作用。

例如,在電動機的定子繞組中嵌入突變型熱敏電阻傳感器并與繼電器串聯。當電動機過載時,定子電流增大,引起發熱。當溫度大于突變點時,電路中的電流可以內十分之幾毫安突變為幾十毫安,因此繼電器動作,從而實現過熱保護。

4)熱敏電阻傳感器用于液面的測量

給 NTC 熱敏電阻傳感器施加一定的加熱電流,它的表面溫度將高于周圍的空氣溫度,此時它的阻值較小。當液而高于它的安裝高度時,液體將帶走它的熱量,使之溫度下降、阻值升高。判斷它的阻值變化,就可以知道液面是否低于設定值。汽車油箱中的油位報警傳感器就是利用以上原理制作的。熱敏電阻在汽車中還用于測量油溫、冷卻水混等。

5)PTC 材料的應用

6)NTC 應用

NTC 熱敏電阻的用途廣泛,根據其不同特性可作如下分類:
(1)利用其阻溫特性,如測溫計、控溫儀、熱補償元件等
(2)利用其非線性伏安特性,如功率計、穩壓器、限幅器、低頻振蕩器、放大器、調制器。
(3)利用其耗散常數與環境介質的種類與狀態的關系,如真空計、氣體分析計、流量計、液化計、熱導計。
(4)利用其熱惰性,如時間延遲等。


NTC應用分類表:

在很多場合,NTC 和 PTC 都可以替代性應用,但由于材料特性不同,所以需要設置的外部電路有差異。

需要注意的是,在某些特定場合,二者不可替代。比如選用 NTC 情形:普通開關電源,都是用 NTC 和繼電器并聯。

NTC實質上就是負溫度系數熱敏電阻,溫度越高,阻值越低,用在電源中的作用是抑制開機時的浪涌電流,開機一瞬間NTC溫度低,阻值大,抑制浪涌電流,之后 NTC溫度上升,阻值下降,一直降到很低,不耗功率。但如果短時間反復開關機,NTC來不及冷卻,則阻值一直很低,不能抑制電流,起不到保護的作用,所以需要并聯一個繼電器,開機之后繼電器吸合,將NTC短路,讓 NTC 有時間冷卻下來,下次啟動馬上就能發揮作用;另外,儲能、新能源汽車 BMS 系統,都是使用 NTC 防電涌的方案。

選用 PTC 情形

開啟變頻空調時會給大電容充電,在壓縮機啟動時會產生很大的電流,可能會損壞電路。因此,使用PTC能夠限制電流的快速上升,讓室外機電路緩慢進入工作狀態。正常工作時,繼電器會吸合并短路PTC,避免高壓降。如果出現異常情況,PTC將阻斷電流,類似于保險絲的作用。

所以,空調用 PTC而不用NTC,主要還是在于空調開機浪涌電流更大、時間更長,因此對開機浪涌電流的控制要求比普通開關電源更高,用 PTC 才能“持續”控制電流的增加,給后端主控電路一個“緩慢”啟動的時間,同時在啟動出現異常時起到保護的作用。

另外,PTC 產品主要功能是利用電能直接發熱,目前可應用于足浴盆、水壺加熱等中低端應用。但是,隨著新能源汽車輔助加熱應用漸入佳境,目前 PTC在這方面的市場空間已逐步打開。

隨著環保意識的不斷提高和汽車科技的飛速發展,新能源電動汽車已成為汽車發展的必要趨勢。相較于傳統燃油車,新能源電動汽車無需通過化石燃料的燃燒來轉換能量,直接將電能轉化為機械能,具有高效轉換和零污染排放的優點,為未來可持續發展提供了重要的解決方案。因此,新能源電動汽車已被廣泛認可為未來汽車產業的重要發展方向。

當前由于技術成熟度不足,純電動汽車市場銷量很小,混合動力汽車是當前發展過程中的一個妥協解決方案,但電動汽車(包括混合動力汽車)市場由于體量小,政府推動力度大,市場增長速度非常快。

空調器制熱方式有兩種:

1.電熱,即電流通過電熱絲發熱,主要使用PTC 發熱組件;

2.熱泵制熱,即氣態制冷劑冷凝放熱。傳統汽車熱泵制熱是通過發動機曲軸和皮帶輪來驅動壓縮機進行制熱。電動汽車由于沒有傳統發動機,只能通過電機來驅動壓縮機制冷或制熱。超高效率電機能效約為 92%左右,壓縮機本身也有能效損失,綜合能效應該在 80%以下,而 PTC 加熱組件熱能效率幾乎 100%,而且成本低。

PTC 由于體積小、可隨意放置汽車能排線到的任何地方,制熱效果更好。實際能效效果遠大于傳統汽車氣態制冷劑冷凝放熱和電機驅動壓縮機制熱。盡管如此,PTC 水暖加熱作為目前廣泛應用于電動汽車上的采暖方案,但是冬天采暖時對動力電池的消耗極大,嚴重縮短了電動汽車的續駛里程。因此,熱泵空調系統制熱能效比遠高于 PTC 加熱,具有良好的應用前景,未來或許將逐漸替代 PTC 水暖加熱方案。

目前,自主品牌車企中暫無使用熱泵空調系統的新能源汽車車型,國外車企中包括雷諾 Zoe、日產 Leaf(部分配置)、寶馬 i3(選裝)等車型均使用了熱泵空調系統。目前制約熱泵空調系統大規模應用的缺點主要包括三方面:

1)熱泵空調系統管路較普通空調系統復雜很多,增加了布置難度;

2)普通熱泵空調系統在-10℃以下溫度工作時,其制熱能效會大打折扣;

3)熱泵空調系統成本明顯高于普通空調系統。盡管成本高,但隨著技術的進步和制熱性能的提升,未來熱泵空調在純電動汽車上的應用將越來越廣泛。

特普生,成立于2011年,是國家高新技術、專精特新企業。主要研制NTC芯片熱敏電阻溫度傳感器儲能線束儲能CCS集成采集母排儲能模組鋁巴等溫度采集產品系列。一體化研制、一致性品質的特普生,競爭力優勢明顯:自主研制NTC芯片核心技術及實現醫用0.3%精度;專利百項,保留不公開技術2項;為全球新能源產品、大消費品與工業品提供了定制化的溫度采集技術。

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