理学PTCR寿命特性测试仪器设计.docx

绪论
1.1引言
仪器仪表是人类对物资世界的信息进行测量、控制及有效利用的基本手段和设备，是信息产业的源头和重要组成部分。仪器仪表的发展水平是国家科技水平和综合国力的重要标志之一。
测试仪器仪表从单台、单功能向智能式测试仪器（或称虚拟仪器、柔性仪器）和系统发展是一个新的重要发展方向，他是计算机硬件、软件、总线技术、测试技术与仪器技术密切结合的产物[1]。当前，我国在智能式系列测试仪器与智能系列自动化测试系统的研究与产业化方面均有重大进展。
PTCR(PositiveTemperatureCoefficientResistance)是指正温度系数热敏电阻，其显著特性是随着温度的升高其阻值陡然增大，运用此特性可应用于温度控制、过流过热保护等场合[2]。
PTCR性能包括:电阻-温度，电流-时间、电压-电流特性，电阻-频率特性等。由于PTCR所具有的特殊功能，己在许多领域得到广泛应用。为了能更好地了解和使用PTCR，对PTCR的电特性进行测试是必要的。
1.2PTCR的基本概念及应用
为了能更好地设计PTCR综合性能测试系统，必须对PTCR基本特性有深入的了解，从分析PTCR的基本概念入手，分析研究PTCR的特性。
1.2.1PTCR的基本概念
热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件。热敏电阻由半导体陶瓷材料或者有机材料组成，利用的原理为温度引起的电阻变化。
目前得到普遍使用的PTCR按材料可以分为陶瓷PTCR和有机PTCR，有机PTCR有价格低、常温电阻小等优点，陶瓷PTCR有重复性好的特点，两种PTCR各有优缺点.
两种PTC电阻有着不同的PTC效应机理[3]。
陶瓷PTC电阻：陶瓷PTCR的PTC效应是由陶瓷基体中的晶界层产生，而晶粒本身并没有PTC效应。其PTC效应的强度、常温电阻值的大小和基体中的晶粒大小、种类等都有一定的关系。
有机PTC电阻：一般认为是有机基体中掺杂的导电粒子聚集形成导电链，随着温度的升高导致导电链的断裂或导电粒子扩散从而使有机PTC电阻的电阻变大，特别在有机晶体的熔融点附近，导电链的状况急剧变化导致有机PTCR的电阻值也急剧上升显现出强烈的PTC效应。其PTC效应的强度、常温电阻的大小和填充的碳粒的含量、大小、表面积以及在基体内的分布情况等都有关系。
1.2.2PTCR的主要参数
（1）额定零功率电阻
零功率电阻，是指在某一温度下测量PTC热敏电阻值时，加在PTC热敏电阻上的功耗极低，低到因其功耗引起的PTC热敏电阻的阻值变化可以忽略不计。额定零功率电阻指环境温度25℃条件下测得的零功率电阻值。
（2）最小电阻
指PTC热敏电阻可以具有的最小的零功率电阻值。
（3）居里温度
对于PTC热敏电阻的应用来说,电阻值开始陡峭地增高时的温度是重要的，我们将其定义为居里温度。
（4）温度系数
PTC热敏电阻的温度系数定义为温度变化导致的电阻的相对变化。温度系数越大，PTC热敏电阻对温度变化的反应越灵敏。
（5）表面温度
表面温度是指当PTC热敏电阻在规定的电压下并且与周围环境间处于热平衡状态已达较长时间时,PTC热敏电阻表面的温度。
（6）动作电流
流过PTC热敏电阻的电流，足以使PTC热敏电阻自热温升超过居里温度,这样的电流称为动作电流。动作电流的最小值称为最小动作电流。
（7）动作时间
环境25℃条件下，给PTC热敏电阻加一个起始电流(保证是动作电流)，通过PTC热敏电阻的电流降低到起始电流的50%时经历的时间就是动作时间。
（8）不动作电流
流过PTC热敏电阻的电流，不足以使PTC热敏电阻自热温升超过居里温度，这样的电流称为不动作电流。不动作电流的最大值称为最大不动作电流。
（9）最大电流
最大电流是指PTC热敏电阻最高的电流承受能力。超过最大电流时PTC热敏电阻将会失效。
（10）残余电流
残余电流是在最大工作电压下，热平衡状态下的电流。
（11）最大工作电压
最大工作电压是指在规定的环境温度下，允许持续地保持在PTC热敏电阻上最高的电压。对同一产品而言,环境温度越高，最大工作电压值越低。
（12）额定电压
额定电压是在最大工作电压Vmax以下的供电电压。
（13）击穿电压
击穿电压是指PTC热敏电阻最高的电压承受能力.PTC热敏电阻在击穿电压以上时将会击穿失效。
1.2.3PTCR的特性介绍
电阻-温度特性：由于a度的升高导致PTCR内部结构或状态的变化，在PTCR材料的居里点附近变化特别明显。根据电阻一温度曲线变化速度的不同，PTCR电阻可以分为缓变型和突变型。其中突变型根据居里点的不同又可以分为低居里点突变型和高居里点突变型（如图1-1）。根据其特性的不同.应用的场合也不同。利用PTCR的此特性可以用作过热、过流保护器件。

图1-1PTC热敏电阻的阻温特性
电流-时间特性：其电流随时间