NTC(負溫度系數)熱敏電阻常識及應用

2024年2月21日發(作者：蒲公英的夢想)

NTC負溫度系數熱敏電阻工作原理

NTC是Negative Temperature Coefficient 的縮寫，意思是負的溫度系數，泛指負溫度系數很大的半導體材料或元器件，所謂NTC熱敏電阻器就是負溫度系數熱敏電阻器。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體性質，因為在導電方式上完全類似鍺、硅等半導體材料。溫度低時，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數目增加，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-2%~-6.5%。NTC熱敏電阻器可廣泛應用于溫度測量、溫度補償、抑制浪涌電流等場合。

NTC負溫度系數熱敏電阻專業術語

零功率電阻值 RT（Ω）

RT指在規定溫度 T 時，采用引起電阻值變化相對于總的測量誤差來說可以忽略不計的測量功率測得的電阻值。

電阻值和溫度變化的關系式為：

RT =

RN expB(1/T – 1/TN)

RT ： 在溫度 T （ K ）時的 NTC 熱敏電阻阻值。

RN ： 在額定溫度 TN （ K ）時的 NTC 熱敏電阻阻值。

T ： 規定溫度（ K ）。

B ： NTC 熱敏電阻的材料常數，又叫熱敏指數。

exp： 以自然數 e 為底的指數（ e = 2.71828 …）。

該關系式是經驗公式，只在額定溫度 TN 或額定電阻阻值 RN 的有限范圍內才具有一定的精確度，因為材料常數B 本身也是溫度 T 的函數。

額定零功率電阻值 R25 （Ω）

根據國標規定，額定零功率電阻值是 NTC 熱敏電阻在基準溫度 25 ℃ 時測得的電阻值 R25，這個電阻值就是NTC 熱敏電阻的標稱電阻值。通常所說 NTC 熱敏電阻多少阻值，亦指該值。

材料常數（熱敏指數） B 值（ K ）

B 值被定義為：

RT1 ： 溫度 T1 （ K ）時的零功率電阻值。

RT2 ： 溫度 T2 （ K ）時的零功率電阻值。

T1、T2 ：兩個被指定的溫度（ K ）。

對于常用的 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（αT ）

在規定溫度下， NTC 熱敏電阻零動功率電阻值的相對變化與引起該變化的溫度變化值之比值。

αT ： 溫度 T （ K ）時的零功率電阻溫度系數。

RT ： 溫度 T （ K ）時的零功率電阻值。

T ： 溫度（ T ）。

B ： 材料常數。

耗散系數（δ）

在規定環境溫度下， NTC 熱敏電阻耗散系數是電阻中耗散的功率變化與電阻體相應的溫度變化之比值。

δ： NTC 熱敏電阻耗散系數，（ 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，電阻體相應的溫度變化（ K ）。

熱時間常數(τ)

在零功率條件下， 當溫度突變時， 熱敏電阻的溫度變化了始未兩個溫度差的 63.2% 時所需的時間， 熱時間常數與 NTC 熱敏電阻的熱容量成正比，與其耗散系數成反比。

τ： 熱時間常數（ S ）。

C： NTC 熱敏電阻的熱容量。

δ： NTC 熱敏電阻的耗散系數。

額定功率Pn

在規定的技術條件下，熱敏電阻器長期連續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

在規定的技術條件下，熱敏電阻器能長期連續工作所允許的最高溫度。即:

T0-環境溫度。

測量功率Pm

熱敏電阻在規定的環境溫度下，阻體受測量電流加熱引起的阻值變化相對于總的測量誤差來說可以忽略不計時所消耗的功率。

一般要求阻值變化大于0.1%，則這時的測量功率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的系數。

B：B值。

T：溫度（k）。

更精確的表達式為：

式中：

RT：熱敏電阻器在溫度T時的零功率電阻值。

T：為絕對溫度值，K；

A、B、C、D：為特定的常數。

NTC負溫度系數熱敏電阻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

溫度測量、控制用NTC熱敏電阻器

外形結構

環氧封裝系列NTC熱敏電阻

玻璃封裝系列NTC熱敏電阻

應用電路原理圖

溫度測量（惠斯登電橋電路）

溫度控制

應用設計

?

?

?

?

?

?

電子溫度計、電子萬年歷、電子鐘溫度顯示、電子禮品；

冷暖設備、加熱恒溫電器；

汽車電子溫度測控電路；

溫度傳感器、溫度儀表；

醫療電子設備、電子盥洗設備；

手機電池及充電電器。

型號參數

環氧封裝系列NTC熱敏電阻

額定電阻值

B值(25/50℃)

(K)

額定功率

耗散系數

熱時間常數

工作溫度

型號

@25℃(KΩ)

MF52E-□□3100

MF52E-□□3270

MF52E-□□3380

0.1~20

0.2~20

0.5~50

(mw)

(mw/℃)

≥2.0

≤50

(S)

≤7

(℃)

3100

3270

3380

-55~+125

靜止空氣中

靜止空氣

MF52E-□□3470

MF52E-□□3600

MF52E-□□3950

MF52E-□□4000

MF52E-□□4050

MF52E-□□4150

MF52E-□□4300

MF52E-□□4500

0.5~50

1~100

5~100

5~100

5~200

10~250

20~1000

20~1000

3470

3600

3950

4000

4050

4150

4300

4500

中

注: 1.第一方框填標稱阻值,第二方框填精度代號.( F:±1%G:±2%H:±3%J:±5% )

2:B值(25/50℃)誤差:對于標稱阻值精度±1%的產品其B值對應誤差是±1%,其余B值誤差均為±2%

玻璃封裝系列NTC熱敏電阻

額定電阻值

型號

@25℃(KΩ)

MF58-□□3470

MF58-□□3500

MF58-□□3500

MF58-□□3550

MF58-□□3600

MF58-□□3700

MF58-□□3850

MF58-□□3900

MF58-□□3950

MF58-□□3950

MF58-□□3990

MF58-□□4100

2

3

5

10

15

10

20

30

47

50

100

150

熱時間常B值(25/50℃)

耗散系數

工作溫度

數

(K)

(mw/℃)

(S)

(℃)

3470

3500

3500

3550

3600

3700

3850

3900

3950

3950

3990

4100

≥2.0

≤20

-55~+300

靜止空氣中

靜止空氣中

注: 1.第一方框填標稱阻值,第二方框填精度代號.( F:±1%G:±2%H:±3%J:±5% )

2:B值(25/50℃)誤差:對于標稱阻值精度±1%的產品其B值對應誤差是±1%,其余B值誤差均為±2%

NTC（負溫度系數）熱敏電阻常識及應用

NTC是負溫度系數的英文縮寫，所謂NTC熱敏電阻器就是負溫度系數熱敏電阻器。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體性質，因為在導電方式上完全類似鍺、硅等半導體材料。溫度低時，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數目增加，所以電阻值降低。

1. 負溫度系數熱敏電阻器的命名標準。

NTC熱敏電阻器的種類繁多，形狀各異。表1是負溫度系數熱敏電阻的命名標準，它由四部分構成，其中M表示敏感元件，F表示負溫度系數熱敏電阻器。有些廠家的產品，在序號之后又加了一個數字，如MF54-1，這個“-1”也屬于序號，通常叫“派生序號”。

表1

2. 負溫度系數熱敏電阻的主要參數。

熱敏電阻器的參數頗多，主要有標稱阻值、B值范圍和額定功率。

標稱阻值常在熱敏電阻上標出。它是指在基準溫度為25℃時的零功率阻值，因此亦作標稱電阻值R25。

B值范圍（K）是反映負溫度系數熱敏電阻器熱靈敏度越高。

額定功率是指熱敏電阻在環境溫度為25℃、相對濕度為45~80%及大氣壓力為0.87~1.07bar的大氣條件下，長期連續負荷所允許的耗散功率。表2列出了MF11（片狀）負溫度系數熱敏電阻的主要參數。

表2

3. 負溫度系數熱敏電阻的簡易測試方法。

應用熱敏電阻時，必須對它的幾個比重要的參數進行測試。一般來說，熱敏電阻對溫度的敏感性高，所以不宜用萬用表來測量它的阻值。這是因為萬用表的工作電流比較大，流過熱敏電阻器時會發熱而使阻值改變。但對于確認熱敏電阻能否工作，用萬用表也可作簡易判斷。具體為：將萬用表撥到歐姆擋（視標稱電阻值定擋位），用鄂魚夾代替表筆分別夾住熱敏電阻器的兩腳，記下此時的阻值；然后用手捏住熱敏電阻器，觀察萬用表，會看到隨著溫度的慢慢升高而指針會慢慢向右移，表明電阻在逐漸減小，當減小到一定數值時，指針停了下來。若環境溫度接近體溫，用這種方法就不靈，這時可用電路鐵靠近熱敏電阻器，同樣也會看到表針慢慢右移。這樣，則可證明這只負溫度系數熱敏電阻器是好的。

用萬用表檢測負溫度系數熱敏電阻器時，請注意3點：

（1） 萬用表內的電池必需是新換不久的，而且在測量前應調好歐姆零點；

（2） 普通萬用表的電阻擋由于刻度是非線性的，為了減少誤差，讀數方法正確與否很重要，即讀數時視線正對著表針。若表盤上有反射鏡，眼睛看到的表針應與鏡子里的影子重合；

（3） 熱敏電阻上的標稱阻值，與萬用表的讀數不一定相等，這是由于標稱阻值是用專用儀器在25℃的條件下測得的，而萬用表測量時有一定的電流通過熱敏電阻而產生熱量，而且環境溫度不可能正是25℃，所以不可避免地產生誤差。

那么，能否估算出一只熱敏電阻器在某一溫度時阻值呢？回答是肯定的，方法也很簡單：以MF1型負溫度系數熱敏電阻電阻器為例，查表2便可得知它的電阻溫度系數為d25=-（2.23~4.09）%/℃(其意是：以基準溫度25℃為起點，溫度每升高1℃，則該熱敏電阻器的阻值便增加2.23~4.09%)。為了簡便，可將d25取為-3%/℃，這樣估算就十分方便了：在某一溫度t℃時熱敏電阻所具有的電阻值，等于其前一溫度的電阻乘以系數0.97（即100%-3%=97%=0.97）。例如，某1只MF11型負溫度系數熱敏電阻器在25℃的阻值為250Ω，那么在26℃時為250Ω×0.97=242.5Ω。

4. 負溫度系數熱敏電阻的典型應用。

第一個應用實例是多點測溫儀。如圖1所示。R1~R5以及表頭uA組成測量電橋。其中，R2、R3是電橋的平衡電阻，R1為起始電阻，R4為滿刻度電阻。當XP未插入XS中時，表頭滿刻度，起著校正作用。電位器RP為電橋提供一個穩定的直流電源。R5與表頭uA串聯，起修正表頭刻度和限制流經表頭電流的作用。

Rt1~Rt6為MF11型負溫度系數熱敏電阻器，分別安裝在六個待測溫度的場所。S2為安裝在監測室內的切換開關。當插頭XP插入插座XS中后，XS中的Q與A自動分開，操作撥動開關S2便可測出各點的溫度，通過表頭uA顯示讀數。

第二個應用實例是溫控吊扇。如圖2所示。R1、Rt和RP構成測溫電路。其中Rt為負溫度系數熱敏電阻器MF51。IC為時基集成電路NE555，它與R2、C2構成單穩態延時電路。繼電器K為執行器件，其觸點K直接控制吊扇電動機M電源的通斷。C3與VD1~VD4以及T構成降壓、整流濾波電路，向溫控電路提供所需的直流電源。

當室溫低于設定溫度值時，Rt的阻值較大，IC的2腳電位高于1/3電源電壓，其輸出端IC的3腳為低電平，K處于釋放狀態，吊扇不工作；當室溫高于設定溫度時，Rt的阻值下降至某一數值，它與RP的串聯電路的電壓降低到小于1/3電源電壓，于是IC的2腳由高電平變為低電平，IC的3腳此時輸出高電平，繼電器K吸合，吊扇運轉。當室溫逐漸下降至設定溫度以下時，電路將重復上述過程，從而使室內

溫度穩定于某一溫度值。

在圖2電路中，調節RP的阻值可改變控制溫度。單穩態電路延時時間由R2、C2的取值決定，可按T=1.1R2C2估算，采用圖中所示參數，T約為150S。單穩態的作用，是使室溫降至設定溫度后能延遲一段工作時間，避免吊扇啟、停過于頻繁。

熱敏電阻(NTC)的基本參數及其應用

2010-03-28 13:20

1 NTC的術語及主要參數

在家電開發研制領域里，工程人員在運用熱敏電阻的過程中，有時對一些主要參數的細節產生歧義，原因之一是某些參數的定義和內容缺乏統一的標準和規范。隨著國家標準《直熱式負溫度系數熱敏電阻器（第一部分：總規范）》GB/T 6663.1-2007/IEC 60539-1:2002（以下簡稱“國標”）的實施（07年9月1日），情況開始有所改變。國內熱敏電阻器生產家都應當按照“國標”標注熱敏電阻的參數，使用者也可以根據 “國標”向廠家索取熱敏電阻的參數。

熱敏電阻器是一種隨（感應）溫度的變化其電阻值呈顯著變化的熱敏感半導體元件。溫度升高時阻值下降的熱敏電阻器，稱為負溫度系數熱敏電阻器（NTC）。家電領域里大量使用的是NTC。

自熱:當我們對NTC進行測量和運用時總會通過一定量的電流，這一電流使NTC自身產生熱量。NTC的自熱會導致其阻值下降，在測量及應用過程中出現動態變化，所以控制自熱是運用NTC的關鍵。當NTC用于溫度測量時，應當盡量避免自熱；當NTC用于液位或風速測量時，則需要利用自熱。

零功率電阻：定義見“國標”（2.2.18）。零功率電阻是熱電阻器最基本的參數，廠家給出的熱敏電阻器的阻值都屬于零功率，，但“零功率”一詞容易使人費解（因為物理含義上的零功率檢測是不存在的），所以，理解它的工程含義是定義中后一句的內容“……自熱導致的電阻值變化相對于總的測量誤差可以忽略不計”。通常，對NTC的零功率測量是在恒溫槽中進行，影響總的測量誤差有二個主要因素：一是通過NTC的電流，一是恒溫槽精度。一般說來，減少通過NTC的電流的方法比較多，一旦電流下降到一定程度，影響總誤差的往往是恒溫槽的精度。

環境溫度變化引起的熱時間常數（τa）：一般情況下，NTC在穩定的室溫條件下,迅速進入設定（和要求介質）的溫度環境內，測量其溫度上升規定幅度T?所需要的時間。溫度T? 的上升幅度為室溫Ta至設定溫度Tb差值的63.2%所需的時間。τa反映NTC在測量溫度時的響應速度。

耗散系數（δ）：使NTC的溫度上升1K所消耗的功率稱為耗散系數?！皣?/p>

標”4.10.2給出的δ計算方法如下：

δ=U TH·I TH /（T b- T a） W /℃

式中： U TH為NTC的端電壓； I TH 為流過NTC的電流；T b為自熱穩定溫度；T a 為室內溫度。

可見，NTC溫度的上升指的是自熱溫度。從另外一個角度看，自熱造成的溫升可以利用δ計算出來。

例如：已知δ為0.1 W /℃，測量U TH·I TH為0.5 W，則：

（T b- T a）=U TH·I TH /δ ℃=0.5 /0.1 ℃=5 ℃

自熱使NTC高于環境溫度5℃。

2 影響測量溫度的參數

NTC具有價格低廉、阻值隨溫度變化顯著的特點，而廣泛用于溫度測量。通常采用一只精密電阻與NTC串聯（見圖1），NTC阻值的變化轉變為電壓變化直接進入比較電路或單片機的A/D的輸入接口，不必經過放大處理，電路構成極為簡單。運用NTC時除了選擇合適的R值和B值之外，還應當考慮到測量速度和精度。

選擇合適的τa ：τa 值直接反映NTC測量溫度的響應速度，但不是越小越好，確定τa值需要比較與權衡。因為τa值與它的封裝尺寸有關，NTC的封裝尺寸小，則τa值小，機械強度低；封裝尺寸大，則τa值大，機械強度高。

確定電流范圍：可根據廠家提供的非自熱最大功率或利用耗散系數來確定工作電流的范圍。

然而，需要引起注意的是不少廠家提供的δ值是NTC二次封裝之前參數，但采用這個δ參數確定的電流雖然不會產生自熱，但是過于保守，影響選擇參數的寬松度，因為二次封裝之后的非自熱最大功率已經提高。利用耗散系數確定電流范圍的方法是先確定NTC精度，再確定允許的自熱功耗。例如，NTC的精度為0.1℃，則自熱溫度不超過0.1℃就能夠滿足精度要求，也就是說，小于0.1δ的功率為不產生自熱的功率。

其它需要注意的因素：①NTC二次封裝之后，τa的參數值較封裝之前增大了。②同一型號、規格的NTC在不同介質中，其δ、τa等參數值相差很大，需注意參數的介質。③在流動的空氣中，NTC略為產生一點自熱對精度的影響不大。④NTC感溫頭不能觸碰非探測物體，例如，在家用空調器里，翅片前面測量室溫的感溫頭不能觸碰到翅片。

3 自熱及耗散系數的特性

測量耗散系數δ時，“國標”要求在靜止的空氣中進行。通常是在規定容器的玻璃框罩內進行測量。當我們做實驗時可以觀察到一些現象，在一個空氣相對穩定（感覺不到流動的空氣）的室內，玻璃框內的溫度與室溫一致。先測量零功率電阻值，當摘掉玻璃框罩后，電阻值未發生變化；然后測量耗散系數，當自熱達到熱平衡時，即通過NTC的電流和它的端電壓呈穩定狀態，當摘掉玻璃框罩后，電流或端電壓出現波動，失去穩定狀態。說明室內微弱的同溫度氣流影響了耗散系數，而未影響零功率電阻值。顯然，NTC產生自熱之后出現對流動空氣的敏感反映，這是一個可以利用的特性。

4液位測量原理

氣體和液體是明顯不同的介質， 運用NTC在對它們進行測量時，如果可

以分辨出這兩種介質，就解決了液位測量的問題。NTC在非自熱狀態也就是零功率狀態下測量溫度時，是無法根據測量結果判斷被測對象的是什么介質。當NTC處于自熱狀態時，在介質溫度相同的情況下，NTC在不同的介質中耗散系數（δ）是不同的，當NTC被置于不同的介質中時，相同電氣條件下會出現不同的電性能反映，這是測量液位的基本依據。

以相同溫度的水和空氣為例，在同一電氣條件下，例如給NTC提供一個恒定電流（見圖2），使其在空氣中產生自熱，熱平衡之后NTC兩端電壓相對穩定，接著，將它放入水中，兩端電壓上升。因為NTC從空氣中進入水中后，溫度下降，導致阻值上升，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到與空氣一樣的自熱溫度需要2.5倍的功率。

在實際的液位測量中，水和空氣的溫度往往不一致，當空氣溫度偏低，而水溫偏高時，根據電壓值的大小則無法判斷NTC是在水中還是在空氣中。然而，對于一個溫度點而言，NTC在水中和空氣中分別有個兩電壓值，換言之，當我們知道一個溫度點，同時又預先知道這個溫度點上水和空氣分別的電壓值，就可以根據所測量到的電壓值判斷NTC是在水中還是在空氣中。也就是說，測量液位的過程中還必須同時測量溫度，而一般情況下，NTC在自熱狀態下不能測量溫度，這就需要增加一個測量溫度的NTC。利用兩只NTC，一只處于非自熱狀態，另一只處于自熱狀態，經過電子電路的處理就可以對水位進行測量了。同理，其它氣體和液體介質的液位測量的問題都可以得到解決。

需要指出，設計液位測量電路需要完成一些基礎性的工作，原因是不同電路的NTC所處于的自熱狀態不一定一樣，需要通過試驗或計算獲取測量溫度范圍內每個溫度點上兩種介質的電氣參數，為兩個對應系列。通常，先明定測量方案，再確定電路，然后根據電路要求測量或計算出每個溫度條件下兩種介質的數據。有時模擬電路需要繪制出NTC在兩種介質的溫度電壓曲線（同一溫度參照系中的曲線），而數字及單片機電路需要對兩種介質的電氣參數列表。

5風速測量原理

根據上述對耗散系數δ測量的描述，NTC處于自熱狀態中對空氣流動表現的敏感性，表明它具有測量風速的潛力。在同一溫度和電氣條件下，例如在穩定的室溫環境下，給NTC提供一個產生自熱的恒定電流（見圖二）。首先將NTC置于靜止空氣中，此時端電壓最小，然后將風速由小到大逐漸增加，相應地，端電壓逐漸升高。因為流動的空氣使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，當我們知道NTC自熱下降的程度（端電壓值的大?。┚涂梢灾里L速的大小，這就是NTC測量風速的基本原理。

實際測量時空氣的溫度是不同的，因為空氣溫度的下降也會導致自熱溫度的下降，所以測量風速的時候同時要測量空氣溫度。一旦知道空氣溫度，同時又知道在這一溫度條件下隨風速增加而自熱溫度下降的參數（端電壓值的大?。涍^對這兩個數據的處理就就可以完成對風速的測量。

與液位測量一樣，風速測量也要完成一些基礎工作。不過，風速測量的

基礎或計算工作量比液位測量要多許多倍，液位測量只需獲取兩種介質不同溫度下的參數，也就是兩組數據，而風速測量必需獲取測量（風速、溫度）范圍內的每個溫度點上不同風速的數據，為一個族系列。

6其他的應用

NTC除了用于溫度測量之外，測量液位和風速也有許多可比優勢，具有取代其它測量及控制方式的潛力。

關于NTC在水位測量上的一個應用實例見《家電科技》雜志2008年第21期中有詳細介紹，（在此不再贅述）。 其它象熱水壺、咖啡壺、加濕器等家電的缺水報警都可以考慮采用NTC的液位測量技術。

NTC還可以廣泛應在測量風速及風量的場所，特點是不僅價格低廉，而且電路結構極為簡單。例如：①家用空調器的過濾網除塵提示。安裝在出風口的NTC檢測風速，當檢測到的風速與風量擋位的風速相比降低到了規定的幅度，提示用戶清潔過濾網；②同樣的思路也可以實現吸塵器的除塵提示；③燃氣熱水器的排風監測。當NTC檢測到排風停止（或被堵）的故障時，切斷氣源及報警；④

冷氣計量，對集中冷氣供應系統進行單獨計量，出風口安裝的NTC計量風速（再考慮風口面積、平均風速等因素），能夠實現集中供冷分別計費。

NTC熱敏電阻10D-9

NTC是Negative Temperature Coefficient的縮寫,意思是負的溫度系數。

10D-9 在常溫（25攝氏度）阻值10歐，尺寸是9MM(D表示直徑的意思）

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