文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123469
PTC材料在电子器件热控中的应用分析
吴万范,程文龙
(中国科学技术大学热科学和能源工程系,合肥 230027)
(Tel:0551-3600305 Email:******@ustc.)
摘要:本文介绍了PTC材料的正温度系数效应,并应用PTC材料的正温度系数效应对电子器件进行加热控温。具体研究了温控系统应用PTC材料电阻作为加热元件,对真空环境中的电子器件进行加热保温的控温效果,在环境温度有较大波动和电子器件自身发热两种情况下,模拟计算出在此温控系统控制下电子器件温度的偏移,并且与应用固定电阻作为加热元件的温控系统所能达到的控温效果进行比较,提出应用 PTC加热材料作为加热元件的控温系统在控温精度上的优势,同时对温控系统的控温响应时间进行了近似计算,比较得出应用 PTC加热材料作为加热元件的控温系统能得到更快的时间响应。
关键词:PTC材料加热温控控温精度控温响应
0 引言:
PTC材料指的就是具有正温度系数效应的材料,其正温度系数效应是指材料的电阻率在一定的温度范围内基本保持不变,但是当温度升高到某个特定温度时,材料的电阻率会在很小的温度范围内迅速上升3到8个数量级。而该特定温度就称为居里温度,以符号Tc表示。
目前的PTC材料主要分为陶瓷基PTC材料和高分子基PTC材料两种形式。陶瓷基PTC材料的主要形式为BaTiO3基陶瓷材料。为了得到特定居里点的陶瓷基PTC材料,可以在BaTiO3中掺入一定摩尔比例的杂质Pb或Sr等,并添加MnO2和Y2O3等改性材料和烧结助剂,按照一定工艺流程烧制而成[1-5]。而对于高分子基PTC材料,主要是以有机聚合物为基体,掺入金属粉末或石墨粉等导电材料,按照特定工艺复合而成[6-8]。PTC材料一般应用在其居里点大约等于目标控制温度的情况,起到温度控制过程中的开关作用[9],但是无论是陶瓷基PTC材料还是高分子基PTC材料,目前所能获得的材料居里点大都集中于50℃—400℃,只有少数材料能够获得居里点在0℃的性质[10],所以此种应用方式不能满足目标控制温度为常温情况时的需求。本文提出将PTC材料的应用温度拓宽到其居里点以上且具有正温度系数效应的所有温度区间,通过PTC材料的正温度系数效应,在目标控制温度位于PTC材料居里点以上的情况下,对控制体的温度进行自适应控制,使控制体的温度稳定于目标控制温度周围,这种方法能够将目标控制温度调节到常温,满足了目标控制温度为常温情况时的需求。相比于应用继电器进行温控的方式,应用PTC材料的正温度系数特性进行温控的方式还可以免去使用继电器,从而避免可能由继电器带来的有多余物、低温冷焊等问题,而且也避免了因为电源通断而产生的瞬间电流冲击问题[11]。
1 温控系统
图1 温控系统结构图
如图1所示,为了研究温控系统应用PTC材料电阻作为加热元件,对真空环境中的电子器件进行加热保温的控温效果,此系统是放置于真空环境下,所以温控系统与外界环境的换热只有辐射换热形式。PTC加热材料贴于被加热仪器底部,PTC材料与被加热仪器间紧密接合且导热良好,PTC材料与基板间绝热,PTC材料电阻为RPTC,PTC两端加固定电压U=10V。**,无内热源