NTC热敏电阻在气相色谱中的应用研究

NTC热敏电阻在气相色谱中的应用研究

方超

广东爱晟电子科技有限公司   广东  肇庆  526070

摘要：随着时代的发展，当前我国的科学技术水平已经达到了比较先进的水平，在色相气谱分析过程中，NTC热敏电阻的应用能够有效提升测量质量，因此，对NTC热敏电阻在气相色谱中的应用进行研究具有一定的现实意义。本文通过对相关文献进行查阅，首先对NTC术语、主要参数、计算公式进行了简要阐述，进而对NTC在气相色谱中的应用策略进行了详细分析。希望本文的研究内容能够为色相气谱分析工作提供一定的理论指导。

关键词：NTC；热敏电阻；气相色谱；

前言：NTC热敏电阻属于日常生活中比较常见热敏电阻类型之一，NTC的英文全称为negative temperature coefficient，其含义指的是负温度系数，在实践中，这种热敏电阻的阻值与温度之间呈反比例关系，在电磁炉等家用器件的应用中比较常见。气相色谱分析仪的主要结构包括EGC、自集成进样、电子系统、检测模块等，单次工作周期一般在2min左右，在现代工业生产过程中比较常用。而在针对气体的色谱分析过程中，经常需要对取样气体进行测温操作，测温传感器的核心就是NTC热敏电阻。

一、NTC术语及主要参数

当前市面上的热敏电阻主要包括PTC、NTC两个种类，PTC的含义是正温度系数，NTC的含义是负温度系数[1]。

随着外界环境温度的上升，NTC热敏电阻的阻值呈现线性下降的趋势，能够很好的适应气相色谱传感器的温度补偿工作，与之相对应的，PTC热敏电阻在温度上升到临界点之后，会从轻微变化转换为剧烈变化，因此其更适合应用于电热器、保险丝等设备。同时，与PTC热敏电阻相比，NTC热敏电阻的价格也相对比较低廉，在使用上具备较强的经济性。NTC热敏电阻的精度相对较高，其测温范围在-50℃-150℃的区间范围内，能够满足色谱取样的气体温度需求[2]。

NTC热敏电阻的主要技术参数通常包括阻值、阻值容差、材料常数、时间常数、热时间常数、散热系数、工作温度范围、最大功耗九个比较常见的核心参数，

在实践中，对于某些特别专业的热敏电阻而言，其通常会存在更多的参数规则，本文并不对其进行深入展开[3]。

以NTCS0603型热敏电阻为参照，其电阻值（25℃）在2kΩ-100kΩ之间；阻值容差为±5%；导热系数为-3.98%/℃；热时间常数为8s；工作温度范围在-40℃-150℃之间、最大额定功耗为125mW。温度步长能够设置在0.1℃-10℃之间，热敏电阻的允许差值可以设置为1%、2%、3%、5%[4]。

同时，NTC热敏电阻还存在一些专业术语。例如，零功率电阻值，主要指的是在温度为T的背景下，采用引起电阻值变化相对于总的测量误差来说可以忽略不计的测量功率，最终测得的电阻值。第二，额定零功率电阻值，根据国家出台的相关标准，这一数字主要指的是在温度为25℃的背景下所测得的零功率电阻值。第三，材料常数B也是在计算过程中比较常见一个重要的专业术语，其影响因素主要包括温度以及温度背景下的零功率电阻值。第四，热时间常数，主要指的是NTC热敏电阻的热容量与其耗散系数之间的比值，其核心含义是，在温度突变、零功率工作背景下，热敏电阻的温度变化了始末两个温度差某个比例所需要消耗的具体时间，这一比例为63.2%。

二、NTC计算公式

在实际应用中，NTC计算公式主要是温度、电阻值的相互换算，在实践中的实际计算公式为：;

在上述公式中，B表示材料常数；T表示测试温度；表示25℃下的阻值；表示T温度背景下NTC热敏电阻的实际阻值。

三、NTC在气相色谱中的应用

气相色谱在天然气计量管理工作中的应用十分普遍，其中，天然气实时组分信息对于介质密度、压缩因子、热值等内容均具备比较强的决定作用。

天然气其中的色谱分析包括永久气体C1-C9、臭味物质，其中，臭味物质主要包括甲烷、乙烷、丁烷、二氧化碳、氯化氢等，永久气体C1-C9主要包括异丁烷、正丁烷、异戊烷等。在实践中需要根据不同的国际标准进行计算。在色谱分析仪器运行过程中，能够提供每种标准方法中默认标准化合物物化性质参数[5]。

本文结合天然气的实际测试数据进行分析，具体数据内容如表1所示。

表1 实际测量组份值与现有流量计算机组份值

在实际测量组份值中，对其进行计算可以得到相应密度为0.5982、密度为0.720515、工况压缩因子为0.914776、标准情况压缩因子数值为0.997907。在现有流量计算机组份值中，对其进行计算可以得到相应密度为0.6013、密度为0.724263、工况压缩因子为0.912867、标准情况压缩因子数值为0.997863。

在通过色谱分析仪进行实测之后，发现其与流量计算机运行组份值数据值的K系数分别为0.9167、0.9148，两者之间的误差值相对较小，同时，其热值分别为37.8℃、38.2℃，两者之间的误差相当小，能够适应大多数环境下的实际工作需求。由此可见，NTC热敏电阻在色谱分析仪器进行应用，确实能够帮助其在测试周期内比较快速的获取到气体介质温度的数值，同时在数值的精确度方面也能够取得比较好的表现。能够满足贸易天然气对于色谱分析仪器质量的基本要求。

结论：纵观全文，随着科学技术水平的稳定提升，色谱分析技术在各个领域中都得到了比较广泛的应用，且具备相当强的应用价值。但是在实践中，传统的RTD热电阻在测温过程中普遍存在工作效率低的问题，为了解决色谱分析仪在这一方面存在的缺陷，相关技术人员找到了NTC热敏电阻，这一器件在实践中具备相当强的灵敏度，能够很好的弥补上述缺陷，属于RTD热电阻的补充。本文通过分析发现，NTC热敏电阻在气相色谱仪中确实能够取得比较好的应用效果，极大改善气相色谱仪在气体温度测量方面的质量、精准度与效率，具备一定的理论与实践研究价值。相关学者在之后的研究过程中，可以提升对于NTC热敏电阻在不同情景、器件中的关注力度，充分发挥NTC热敏电阻的价值，这对于中国电气工程、传感器技术创新能力的提升具备十分重要的促进意义。

参考文献：

[1]王海涛,文萌,董亮,孙云飞,侯微.有限样本量下热敏电阻修正方法的比较[J].品牌与标准化,2022(05):47-49.

[2]陈先樑,姜钊,张勇.基于负温度系数热敏电阻温度采样精度研究[J].电子测量技术,2022,45(08):64-69.

[3]刘遵京,王军华,汤新强,霍鹏,刘熠,姚金城,常爱民.静水压力变化对NTC热敏电阻器电学特性影响[J].海洋与湖沼,2022,53(03):569-577.

[4]白鹤. 包覆型粉体制备的NTC热敏材料及其性能研究[D].宁夏大学,2022.

[5]符豪,张文军,周婷,王忠兵,陈春年.Mg掺杂对Ni-Mn-O系热敏电阻材料性能的影响[J].安徽化工,2021,47(06):44-47.