NTC負温度係数サーミスタの動作原理

NTCはNegative Temperature Coefficientの略で、負の温度係数を意味し、一般的に負の温度係数が大きい半導体材料または部品を指し、NTCサーミスタとは負の温度係数サーミスタである。マンガン、コバルト、ニッケル、銅などの金属酸化物を主材料とし、セラミックス技術を用いて製造された。これらの金属酸化物材料はすべて半導体特性を持っており、導電方式上でゲルマニウム、シリコンなどの半導体材料に完全に類似しているためである。温度が低いと、これらの酸化物材料のキャリア（電子とホール）数が少ないので、抵抗値が高い、温度が上昇するにつれてキャリア数が増加するため、抵抗値が低下する。NTCサーミスタの室温での変化範囲は100 ~ 100000オーム、温度係数は−2%~−6.5%であった。NTCサーミスタは温度測定、温度制御、温度補償などに広く用いられている。

NTC負温度係数サーミスタ構成

NTC（Negative Temperature Coefficient）とは、温度上昇に伴う抵抗が指数関数的に減少し、負の温度係数を有するサーミスタ現象と材料を指す。この材料はマンガン、銅、シリコン、コバルト、鉄、ニッケル、亜鉛などの2種類以上の金属酸化物を十分に混合、成形、焼結などのプロセスを用いた半導体セラミックスであり、負の温度係数（NTC）を有するサーミスタとすることができる。その抵抗率と材料定数は材料成分の割合、焼結雰囲気、焼結温度と構造状態によって変化する。現在では炭化ケイ素、セレン化スズ、窒化タンタルなどに代表される非酸化物系NTCサーミスタ材料。

NTC感熱半導体磁器の多くはスピネル構造またはその他の構造の酸化物セラミックスであり、負の温度係数を有し、抵抗値は近似的に表すことができる：

式中、RT、RT 0はそれぞれ温度T、T 0の時の抵抗値であり、Bnは材料定数である。セラミック結晶粒自体は温度変化によって抵抗率が変化し、これは半導体特性によって決定される。

NTC負温度係数サーマル感度の最も重要な性能は寿命である

長寿命NTCサーミスタは、NTCサーミスタに対する認識の向上であり、抵抗寿命の重要性を強調する。NTCサーミスタは最も重要なのは寿命であり、さまざまな高精度、高感度、高信頼性、超高温、高圧力の試練に耐えた後も、長い間安定して動作している。
寿命はNTCサーミスタの重要な性能であり、精度、感度などの他のパラメータと弁証法的な関係がある。NTC抵抗製品は、まず長寿命でなければならず、他の性能の発揮を保証することができない。その他の性能の優秀さは、生産プロセスに依存して一定の技術レベルに達し、NTCの長寿命を可能にする。
多くのハイテク電子製品は、超高温、超高圧及びその他の悪条件の下で、サーミスタが安定した温度制御、温度測定機能を発揮する必要があり、多くのメーカーはNTCサーミスタの精度、感度、ドリフト値などの通常の性能の安定的な発揮をひたすら追求し、抵抗の寿命を軽視し、NTCが長時間動作できないために電子製品の使用に影響を与える。これでは、すべての精度、感度、耐高温など、意味がなくなります。

NTC負温度係数サーミスタ履歴

NTCサーミスタの発展は長い段階を経てきた.1834年、科学者は硫化銀に負の温度係数がある特性を初めて発見した.1930年、科学者は酸化亜銅-酸化銅にも負の温度係数の性能があることを発見し、それを航空機器の温度補償回路に応用することに成功した。その後、トランジスタ技術の発展のため、サーミスタの研究は重大な進展を遂げた.1960年にNTCサーミスタを開発した。

NTC負温度係数サーミスタ温度範囲

その測定範囲は一般的に-10～+300℃であり、-200～+10℃にすることもでき、さらに+300～+1200℃の環境で温度測定用に使用することもできる。

負温度係数サーミスタの温度計の精度は0.1℃に達することができ、感温時間は10 s以下に減らすことができる。それは食糧倉庫の測温器に適用するだけでなく、食品貯蔵、医薬衛生、科学耕作、海洋、深井、高空、氷河などの方面の温度測定にも応用することができる。

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簡単なNTCサーミスタ抵抗値試験と信頼性試験をどのように行うか[2]

NTC負温度係数サーミスタ専門用語

ゼロ電力抵抗値RT（Ω）

MRTとは、所定の温度Tにおいて、合計の測定誤差に対して抵抗値の変化を引き起こすことで不計の測定電力を無視することができる抵抗値を指す。

抵抗値と温度変化の関係式は、

RT = RN expB（1/T - 1/TN）

RT：温度T（K）におけるNTCサーミスタ抵抗値。

RN：定格温度TN（K）におけるNTCサーミスタ抵抗値。

T：規定温度（K）。

B：NTCサーミスタの材料定数は、サーミスタ指数とも呼ばれます。

exp：自然数eを底とする指数（e＝2.71828…）。

この関係式は経験式であり、材料定数B自体も温度Tの関数であるため、定格温度TNまたは定格抵抗抵抗値RNの限られた範囲内にのみ一定の精度がある。

定格ゼロ電力抵抗値R 25（Ω）

国標準の規定によると、定格ゼロ電力抵抗値はNTCサーミスタが基準温度25℃で測定した抵抗値R 25であり、この抵抗値はNTCサーミスタの公称抵抗値である。一般的にNTCサーミスタの抵抗値と言われているのは、その値でもあります。

材料定数（感熱指数）B値（K）

B値は、

B=T1*T2/（T2-T1）ln（RT1/RT2）

RT 1：温度T 1（K）時のゼロ電力抵抗値。

RT 2：温度T 2（K）時のゼロ電力抵抗値。

T 1、T 2：指定された2つの温度（K）。

一般的に使用されるNTCサーミスタの場合、B値の範囲は一般的に2000 K〜6000 Kである。

ゼロ電力抵抗温度係数（αT）

所定温度において、NTCサーミスタの零動電力抵抗値の相対変化と、その変化を引き起こす温度変化値との比。

αT：温度T（K）時のゼロ電力抵抗温度係数。

RT：温度T（K）時のゼロ電力抵抗値。

T：温度（T）。

B：材料定数。

散逸係数（δ）

所定の周囲温度において、NTCサーミスタ散逸係数は、抵抗体における散逸電力変化と抵抗体に対応する温度変化との比である。

δ：NTCサーミスタ散逸係数、（ mW/ K ）。

▲P：NTCサーミスタが消費する電力（mW）。

△T：NTCサーミスタ消費電力△Pの場合、抵抗体に応じた温度変化（K）。

熱時定数（τ）

ゼロ電力条件下では、温度が急変すると、サーミスタの温度は最初に2つの温度差の63.2%がないときに必要な時間を変化させ、熱時定数はNTCサーミスタの熱容量に比例し、その散逸係数に反比例する。

τ：熱時定数（S）。

C：NTCサーミスタの熱容量。

δ：NTCサーミスタの散逸係数。

定格電力Pn

所定の技術的条件の下で、サーミスタが長期にわたって連続して動作することによって消費される電力。この電力では、抵抗体自体の温度はその最高動作温度を超えない。

最高動作温度Tmax

所定の技術条件下で、サーミスタは長期連続動作に許容される最高温度を得ることができる。すなわち、

T 0-周囲温度。

測定電力Pm

サーミスタは所定の周囲温度において、抵抗体が測定電流によって加熱されることによる抵抗値の変化は、総測定誤差に対して非計時に消費される電力を無視することができる。

一般的に抵抗値の変化が0.1%より大きいことが要求される場合、この時の測定電力Pmは：

抵抗温度特性

NTCサーミスタの温度特性は、以下の式で近似することができる：

式中：

RT：温度Tにおけるゼロ電力抵抗値。

A：サーミスタ材料の物理特性及び幾何学的寸法に関する係数。

B：B値。

T：温度（k）。

より正確な式は次のとおりです。

式中：

RT：温度Tにおけるサーミスタのゼロ電力抵抗値。

T：絶対温度値、K；

A、B、C、D：特定の定数です。

NTC負温度係数サーミスタR−T特性

B値が同じで、抵抗値が異なるR-T特性曲線模式図

同じ抵抗値、異なるB値のNTCサーミスタR-T特性曲線概略図

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