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ptc电热器原理

PTC加热器原理及功能PTC型陶瓷加热器采用PTC陶瓷发热组件与波纹铝条经高温胶粘组成。

该类型PTC加热器有热阻小、换热效率高的优点,是一种自动恒温、省电的电加热器。

它的一大突出特点在于安全性能上,任何应用情况下均不会产生如电热管类加热器的表面“发红”现象,从而引起烫伤,火灾等安全隐患。

最显着的特点是:1.PTC型陶瓷加热器省成本,长寿命。

不需要专门的温控器和热电阻热电偶等温度传感器进行温度反馈即能对加热器进行发热控制,它的温度调节是靠自身的材料特性,从而使产品具有远大于其它加热器的使用寿命。

2.PTC型陶瓷加热器安全,绿色环保。

加热器本体的设计加热温度在200摄氏度以下的多档次,任何情况下本体均不发红且有保护隔离层,任何应用场合均不需要石棉等隔热材料进行降温处理,可放心使用不存在对人体烫伤和引发火灾的问题。

3.PTC型陶瓷加热器节约电能。

比较电热管和电阻丝加热产品,本产品是靠材料自身的特性,根据环境温度的改变来调节自身的热功率输出,所以它能将加热器的电能消耗优化控制在最小,同时高发热效率的材料也大幅提升了电能的利用效率。

•升温迅速、遇风机故障时也能自控温度、使用寿命长•电压使用范围宽,可在12V-380V之间根据需要设计•设计方便,可从小功率到大功率任意设计,外形也可按要求设计•不燃烧,安全可靠,PTC发热时不发红、无明火在中小功率加热场合,PTC 加热器具有恒温发热、无明火、热转换率高、受电源电压影响极小、自然寿命长等传统发热组件无法比拟的优势,在电热器具中的应用越来越受到研发工程师的青睐。

PTC型陶瓷加热器使用注意(1) PTC 加热片具有自动恒温的特点,不需要温度控制系统,将PTC 加热片直接通电即可。

( 2) 当PTC 加热片用来加热液体(如水)时,液体烧干后,PTC 加热片不会损坏。

( 3) 若PTC 加热片用来加热冷风,不送风时,PTC 加热片不会损坏。

( 5 )使用寿命长,正常环境下使用,寿命可达10 年以上。

( 6 )工作可靠,利用PTC 加热片内部特性控温,永远不会超温。

( 7 )工作电压非常宽:当工作电压变化2 倍时,表面温度的变化非常小。

( 9 )多个PTC 加热片一起使用时,应并联,不可串联。

PTC目前已经广泛的被应用在电子行业的各个领域,那什么是PTC呢?它是怎样工作的呢?PTC是一种半导体发热陶瓷,当外界温度降低,PTC的电阻值随之减小,发热量反而会相应增加。

PTC的工作原理PTC热敏电阻(正温度系数热敏电阻)是一种具温度敏感性的半导体电阻,一旦超过一定的温度(居里温度) 时,它的电阻值随着温度的升高几乎是呈阶跃式的增高.PTC热敏电阻本体温度的变化可以由流过PTC 热敏电阻的电流来获得,也可以由外界输入热量或者这二者的叠加来获得. 陶瓷材料通常用作高电阻的优良绝缘体,而陶瓷PTC热敏电阻是以钛酸钡为基, 掺杂其它的多晶陶瓷材料制造的,具有较低的电阻及半导特性.通过有目的的掺杂一种化学价较高的材料作为晶体的点阵元来达到的:在晶格中钡离子或钛酸盐离子的一部分被较高价的离子所替代,因而得到了一定数量产生导电性的自由电子.对于PTC热敏电阻效应,也就是电阻值阶跃增高的原因,在于材料组织是由许多小的微晶构成的, 在晶粒的界面上,即所谓的晶粒边界(晶界)上形成势垒,阻碍电子越界进入到相邻区域中去, 因此而产生高的电阻.这种效应在温度低时被抵消:在晶界上高的介电常数和自发的极化强度在低温时阻碍了势垒的形成并使电子可以自由地流动.而这种效应在高温时,介电常数和极化强度大幅度地降低, 导致势垒及电阻大幅度地增高,呈现出强烈的PTC效应.PTC热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件.PTC热敏电阻由半导体陶瓷材料组成,利用的原理是温度引起电阻变化.若电子和空穴的浓度分别为n、p,迁移率分别为μn、μp,则半导体的电导为:σ=q(nμn+pμp)因为n、p、μn、μp都是依赖温度T的函数,所以电导是温度的函数,因此可由测量电导而推算出温度的高低,并能做出电阻-温度特性曲线.这就是半导体热敏电阻的工作原理.热敏电阻包括正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)热敏电阻,以及临界温度热敏电阻(CTR).它们的电阻-温度特性如图1所示.PTC热敏电阻的主要特点是:①灵敏度较高,其电阻温度系数要比金属大10~100倍以上,能检测出10-6℃的温度变化;②工作温度范围宽,常温器件适用于- 55℃~315℃,高温器件适用温度高于315℃(目前最高可达到2000℃),低温器件适用于-273℃~55℃;③体积小,能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度;④使用方便,电阻值可在0.1~100kΩ间任意选择;⑤易加工成复杂的形状,可大批量生产;⑥稳定性好、过载能力强.PTC热敏电阻PTC(Positive Temperature Coeff1Cient)是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻现象或材料,可专门用作恒定温度传感器.该材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为主要成分的烧结体,其中掺入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物进行原子价控制而使之半导化,常将这种半导体化的BaTiO3等材料简称为半导(体)瓷;同时还添加增大其正电阻温度系数的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物,采用一般陶瓷工艺成形、高温烧结而使钛酸铂等及其固溶体半导化,从而得到正特性的PTC热敏电阻材料.其温度系数及居里点温度随组分及烧结条件(尤其是冷却温度)不同而变化.PTC热敏电阻于1950年出现,随后1954年出现了以钛酸钡为主要材料的PTC热敏电阻.PTC热敏电阻在工业上可用作温度的测量与控制,也用于汽车某部位的温度检测与调节,还大量用于民用设备,如控制瞬间开水器的水温、空调器与冷库的温度,利用本身加热作气体分析和风速机等方面.下面简介一例对加热器、马达、变压器、大功率晶体管等电器的加热和过热保护方面的应用。

PTC热敏电阻除用作加热元件外,同时还能起到“开关”的作用,兼有敏感元件、加热器和开关三种功能,称之为“热敏开关”,如图2和3所示.电流通过元件后引起温度升高,即发热体的温度上升,当超过居里点温度后,电阻增加,从而限制电流增加,于是电流的下降导致元件温度降低,电阻值的减小又使电路电流增加,元件温度升高,周而复始,因此具有使温度保持在特定范围的功能,又起到开关作用.利用这种阻温特性做成加热源,作为加热元件应用的有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等,还可对电器起到过热保护作用.恒温加热PTC热敏电阻具有恒温发热特性,其原理是PTC热敏电阻加电后自热升温使阻值进入跃变区,恒温加热PTC热敏电阻表面温度将保持恒定值,该温度只与PTC热敏电阻的居里温度和外加电压有关,而与环境温度基本无关. PTC加热器就是利用恒温加热PTC热敏电阻恒温发热特性设计的加热器件.在中小功率加热场合, PTC加热器具有恒温发热、无明火、热转换率高、受电源电压影响极小、自然寿命长等传统发热元件无法比拟的优势, 在电热器具中的应用越来越受到研发工程师的青睐. 恒温加热PTC热敏电阻可制作成多种外形结构和不同规格,常见的有圆片形、长方形、长条形、圆环以及蜂窝多孔状等.把上述PTC发热元件和金属构件进行组合可以形成各种形式的大功率PTC加热器. PTC加热器按传导方式分(1)以热传导为主的PTC陶瓷加热器.其特点是通过PTC发热元件表面安装的电极板(导电兼传热)绝缘层(隔电兼传热)导热蓄热板(有的还附加有导热胶)等多层传热结构,把PTC元件发出的热量传到被加热的物体上. (2)以所形成的热风进行对流式传热的各种PTC陶瓷热风器.其特点是输出功率大,并能自动调节吹出风温和输出热量.(3)红外线辐射加热器.其特点实际利用PTC元件或导热板表面迅速发出的热量直接或间接地激发接触其表面的远红外涂料或远红外材料使之辐射出红外线,便构成了PTC陶瓷红外辐射加热器. PTC加热器按结构特点分(1)普通实用型PTC陶瓷加热器.这类器具主要有: 电热蚊药驱蚊器、暖手器、干燥器、电热板、电烫斗、电烙铁、电热粘合器、卷发烫发器等.其特点是功率不大,但热效率高很实用. (2)自动恒温型PTC加热器.这类器具主要有:小型晶体器件恒温槽、恒温培养箱、电子保温瓶、保温箱、保温杯、保温盘、保温柜、保温桌等。

其特点是自动保温、结构简单、恒温特性好、热效率高、使用环境温度范围宽. (3)热风PTC加热器.这类热风PTC加热器主要有:小型温风取暖器、电吹风、暖房机、烘干机、干衣柜、干衣机、工业烘干设备等. 其特点是输出热风功率大、速热、安全、能自动调节风温和功耗.恒温加热用PTC热敏电阻的恒温发热特性,是由材料特性决定的。

其原理是当PTC热敏电阻通上电后,因为自热,导致元件本体温度上升,电阻值进入跃变区,电流迅速下降,于是恒温加热PTC热敏电阻表面温度持续保持恒定值。

该温度只与PTC热敏电阻的居里温度和外加电压有关,而与环境温度基本无关。

使用注意1)发热功率在通电后由大到小,最后稳定。

稳定功率与使用条件有关,同一件PTC发热器,使用条件不同,则功率可能相差几倍。

散热越快则稳定功率越大;PTC的表面温度越高则功率越高。

2)PTC发热件的表面温度由PTC自身控制,也可以通过断开电路控制,但不可以通过调节电压来控制表面温度。

3)PTC本身可靠性很高、寿命很长,但是如果装配不当,产品会出现功率和温度不稳定的情形。

4)多个PTC一起使用时,应并联,不可串联。

PTC电热器电热转换效率高达85%以上,加热电流随温度改变而自动调节,电热效率高而且无光耗,节电明显,温控简单,恒温区温度波动小。

PTC半导体陶瓷不易氧化,寿命超过5000小时,而且还可以将其置于密封或半密封槽内,耐气候性更好,寿命可更长,大大超过电阻丝型的300-1000小时。

PTC电热器,由于采用了无需粘接剂连接的新工艺,新型的叠片结构,并将PTC发热体置于铅槽内,除上述优点外,还备有等电位散热、安全性更好、耐气候性好、经久耐用、高可靠性、风阻小、热交换快、不耗氧气、电热效率高,其外形尺寸、功率大小、使用电压高低,均可根据用户需要而定等特点PTC取暖器是一种陶瓷电热元件的简称。

它利用风机鼓动空气流经PTC电热元件强迫对流,以此为主要热交换方式。

其内部装有限温器,当风口被风机堵塞时,可自行断电。

有的还装有倾倒开关,当暖风机倾倒时也能自行切断电源。

其输出功率在800-1200瓦,可随意调温,工作时送风柔和,升温快,具有自动恒温功能,PTC元件一般都具有防水功能,所以适合在浴室使用,售价在300~500元之间,是目前理想的便携式家用电暖器。

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