+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

NTC-терморезиторы (термисторы) от компании Sencera

NTC-терморезисторы (термисторы) от компании Sencera

Терморезисторы (термисторы) — это полупроводниковые элементы, сопротивление которых логарифмически зависит от температуры. Существуют терморезисторы с отрицательным (NTC) и положительным (PTC) температурным коэффициентом. В первом случае сопротивление уменьшается с увеличением температуры, во втором случае — увеличивается.

Не следует путать терморезисторы с термосопротивлениями (термометрами сопротивления, RTD). Термосопротивления имеют практически линейную зависимость R(T), работают в более широком диапазоне температур, превосходят терморезисторы по надежности и повторяемости, однако их стоимость значительно выше по сравнению с терморезисторами.

NTC-терморезисторы от компании Sencera — это бюджетные датчики для работы с температурами до +110 °C. Выпускаются SMD-датчики и элементы для монтажа в отверстия с жесткими или гибкими выводами.

 

СЕРИЯ CT — ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА

Миниатюрные элементы для поверхностного монтажа, которые выпускаются в корпусах трех типов — 1206, 0805 и 0603.

Обозначение Размер, мм
1206 3.2 x 1.6
0805 2.0 x 1.25
0603 1.6 x 0.8

 

Коэффициент рассеяния составляет 1 мВ/°С, а постоянная времени t = 7 сек. Другие характеристики термисторов серии CT представлены в таблице.

Термистор Номинальное 
сопротивление 
при t = 25°C, 
кОм
B
(при t=25°C — 85°C), K
Разброс 
номинального 
сопротивления
СT302В1 3 3510
 
1%
СT302В3 3%
СT302В5 5%
СT502С1 5 3324
 
1%
СT502С3 3%
СT502С4 5%
СT103C1 10 3435 1%
СT103C3 3%
СT103C5 5%
CT103D1 10 3950
 
1%
CT103D3 3%
CT103D5 5%
CT203D1 20 3950
 
1%
CT203D3 3%
CT203D5 5%
CT473D1 47 3965
 
1%
CT473D3 3%
CT473D5 5%
CT104D1 100 4040
 
1%
CT104D3 3%
CT104D5 5%

 

 

СЕРИЯ TS — ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ С ДЛИННЫМИ ГИБКИМИ ВЫВОДАМИ

Терморезисторы серии TS представляют собой «бусинки», покрытые гипоксидной смолой и оснащенные двумя гибкими изолированными выводами, оголенными на конце.

 

 

L = 100±3 мм

W = 1,6 мм (максимум)

 

Рабочий температурный диапазон серии TS — от -40 до +90 °C.

Коэффициент рассеяния составляет 0.7 мВ/°С, постоянная времени t = 3.2 .. 3.4 сек. Другие характеристики термисторов серии TS представлены в таблице.

 

Термистор
Номинальное 
сопротивление 
при t = 25°C, 
кОм
Коэффициент температурной чувствительности B 
(при t=25°C — 85°C), 
K
Разброс 
номинального 
сопротивления
TS212D3 2.1 3850 3%
TS402B3 4.0 3100 3%
TS582D3 5.8 3641 3%
TS902C3 9. 0 3470 3%
TS103C1 10.0 3435 1%
TS103C3 3%
TS103C5 5%
TS203D 20.0 3950 3%
TS303D 30.0 3950 3%
TS403D 40.0 3525 3%
TS413D 41.0 3435 3%
TS503D1 50.0 3965 1%
TS503D3 3%
TS503D5 5%
TS593D 59.0 3617 3%
TS833D 83.
0
4013 3%
TS104D 100 4040 3%
TS224D 220 4021 3%
TS234D 230 4274 3%

 

СЕРИИ HAT И HT — ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ С ЖЕСТКИМИ ВЫВОДАМИ

Терморезисторы серии HAT и HT имеют два жестких вывода и предназначены для ручного монтажа на плату.

Главное отличие датчиков HAT и HT — размеры элемента. 

  

 

Кроме того, эти серии еще отличаются рядом электрических характеристик. Например, коэффициент рассеяния для серии HAT составляет 3 мВ/°C, а для серии HT — 2 мВ/°C; постоянная температуры для HAT составляет 12 секунд, а для HT — 15 секунд. Другие характеристики элементов приведены в таблице.

 

Термистор Номинальное 
сопротивление 
при t = 25°C, 
кОм
Коэффициент температурной чувствительности B
(при t = 25°C . . 85°C), K
Разброс 
номинального 
сопротивления
Рабочий температурный диапазон
HAT102B1 1 3100 1% -50 … +90°C
 
HAT102B3 3%
HAT102B5 5%
HT102B1 1%
HT102B3 3%
HT102B5 5%
HAT202B1 2 3182 1%
HAT202B3 3%
HAT202B5 5%
HT202B1 1%
HT202B3 3%
HT202B5 5%
HAT502C1 5 3324 1% -50 . .. +110°C
HAT502C3 3%
HAT502C5 5%
HT502C1 1%
HT502C3 3%
HT502C5 5%
HAT103C1 10 3435 1%
HAT103C3 3%
HAT103C5 5%
HT103C1 1%
HT103C3 3%
HT103C5 5%
HAT103D1 10 3977 1%
HAT103D3 3%
HAT103D5 5%
HT103D1 1%
HT103D3
3%
HT103D5 5%
HAT203D1 20 1%
HAT203D3 3%
HAT203D5 5%
HT203D1 1%
HT203D3 3%
HT203D5 5%
HAT473D1 47 1%
HAT473D3 3%
HAT473D5 5%
HT473D1 1%
HT473D3 3%
HT1473D5 5%
HAT503D1 50 1%
HAT503D3
3%
HAT503D5 5%
HT503D1 1%
HT503D3 3%
HT503D5 5%

Параметры термисторов.

Основные параметры NTC и PTC термисторов.

Основные параметры NTC-термисторов и позисторов

В настоящий момент промышленность выпускает огромный ассортимент терморезисторов, позисторов и NTC-термисторов. Каждая отдельная модель или серия изготавливается для эксплуатации в определённых условиях, на них накладываются определённые требования.

Поэтому от простого перечисления параметров позисторов и NTC-термисторов толку будет мало. Мы пойдём немного другим путём.

Каждый раз, когда в ваши руки попадает термистор с легко читаемой маркировкой, необходимо найти справочный листок, или даташит на данную модель термистора.

Кто не в курсе, что такое даташит, советую заглянуть на эту страницу. В двух словах, даташит содержит информацию по всем основным параметрам данного компонента. В этом документе перечислено всё, что нужно знать, чтобы применить конкретный электронный компонент.

У меня в наличии оказался вот такой термистор. Взгляните на фото. Поначалу о нём я не знал ничего. Информации было минимум. Судя по маркировке это PTC-термистор, то есть позистор. На нём так и написано – PTC. Далее указана маркировка C975.

Сперва может показаться, что найти хоть какие то сведения о данном позисторе вряд ли удастся. Но, не стоит вешать нос! Открываем браузер, вбиваем в гугле фразу типа этих: «позистор c975», «ptc c975», «ptc c975 datasheet», «ptc c975 даташит», «позистор c975 даташит». Далее остаётся лишь найти даташит на данный позистор. Как правило, даташиты оформляются как pdf-файл.

Из найденного даташита на PTC C975, я узнал следующее. Выпускает его фирма EPCOS. Полное название B59975C0160A070 (серия B599*5). Данный PTC-термистор применяется для ограничения тока при коротком замыкании и перегрузках. Т.е. это своеобразный предохранитель.

Приведу таблицу с основными техническими характеристиками для серии B599*5, а также краткую расшифровку всего того, что обозначают все эти циферки и буковки.

  • Max. operating voltage (TA = 60°C) – VMAX. Максимальное рабочее напряжение при температуре окружающей среды 60°С. Как видим, оно составляет 20 вольт постоянного (VDC) или переменного (VAC) тока. Это максимальное напряжение, которое может выдержать позистор.

  • Rated voltage — VR. Номинальное напряжение. То есть обычное, рабочее напряжение, при котором позистор исправно работает длительное время. В таблице указано напряжение в 12 вольт (переменный и постоянный ток).

  • Switching cycles — N. Количество циклов переключения. Это расчётное число переключений (срабатываний) позистора, при котором он не теряет свои свойства. Для данного позистора число срабатываний, при котором он должен выполнить функцию ограничения тока и не выйти из строя равно 100.

  • Reference temperature — Tref . Опорная температура. При росте тока через позистор он нагревается, а благодаря нагреву сопротивление его возрастает на несколько порядков. Так вот Tref – это температура позистора, когда его сопротивление начинает резко возрастать. Если взглянуть на график зависимости сопротивления позистора (RPTC) от его температуры (TPTC), то на нём чётко видно, что значительный рост сопротивления позистора происходит как раз на участке 150°С ~ 170°C, а температура в 160°С является опорной (Tref). Я бы назвал эту температуру «температурой перехода».

  • Tolerance of RR – ΔRR. Допустимое отклонение от номинального сопротивления. Выражается в процентах. Например, для позистора C975 номинальное сопротивление RR (Rated resistance) составляет 1,8 Ом. На деле же оно может быть от 1,35 до 2,25 Ом, так как допуск ΔRR составляет ±25%.

  • Operating temperature range — Top . Диапазон рабочих температур. Как видим, в таблице указано две строки. Диапазон рабочей температуры при минимальном напряжении на позисторе (V=0) и максимальном (V=Vmax), которое, как мы уже знаем равно 20 вольтам. Из этого можно установить, что данный позистор будет исправно работать при температуре окружающей среды от -40 до +85°С.

Теперь обратим своё внимание на электрические характеристики конкретного изделия, в нашем случае это позистор PTC C975 (полная маркировка B59975C0160A070). Взгляните на следующую таблицу.

  • IRRated current (mA). Номинальный ток. Это ток, который выдерживает данный позистор в течение длительного времени. Я бы его ещё назвал рабочим, нормальным током. Для позистора C975 номинальный ток составляет чуть более полуампера, а конкретно – 550 mA (0,55A).

  • ISSwitching current (mA). Ток переключения. Это величина тока, протекающего через позистор, при котором его сопротивление начинает резко возрастать. Таким образом, если через позистор C975 начнёт протекать ток более 1100 mA (1,1A), то он начнёт выполнять свою защитную функцию, а точнее начнёт ограничивать протекающий через себя ток за счёт роста сопротивления. Ток переключения (IS) и опорная температура (Tref ) связаны, так как ток переключения вызывает разогрев позистора и его температура достигает уровня Tref , при которой сопротивление позистора возрастает.

  • ISmaxMaximum switching current (A). Максимальный ток переключения. Как видим из таблицы, для данной величины указывается ещё и значение напряжения на позисторе – V=Vmax. Это неспроста. Дело в том, что любой позистор может поглотить определённую мощность. Если она превысит допустимую, то он выйдет из строя.

    Поэтому для максимального тока переключения указывается и напряжение. В данном случае оно равно 20 вольтам. Перемножив 3 ампера на 20 вольт, мы получим мощность в 60 Вт. Именно такую мощность может поглотить наш позистор при ограничении тока.

  • IrResidual current (mA). Остаточный ток. Это остаточный ток, который протекает через позистор, после того, как тот сработал, начал ограничивать ток (например, при перегрузке). Остаточный ток поддерживает подогрев позистора для того, чтобы он был в «разогретом» состоянии и выполнял функцию ограничения тока до тех пор, пока причина перегрузки не будет устранена. Как видим, в таблице указано значение этого тока для разного напряжения на позисторе. Одно для максимального (V=Vmax), другое для номинального (V=VR). Не трудно догадаться, что перемножив ток ограничения на напряжение, мы получим мощность, которая требуется для поддержания нагрева позистора в сработавшем состоянии. Для позистора PTC C975 эта мощность равна 1,62 ~ 1,7 Вт.

Что такое RR и Rmin нам поможет понять следующий график.

  • RminMinimum resistance (Ом). Минимальное сопротивление. Наименьшее значение сопротивления позистора. Минимальное сопротивление, которое соответствует минимальной температуре, после которой начинается диапазон с положительным ТКС. Если детально изучить графики для позисторов, то можно заметить, что до значения TRmin сопротивление позистора наоборот уменьшается. То есть позистор при температурах ниже TRmin ведёт себя как «очень плохой» NTC-термистор и его сопротивление снижается (незначительно) с ростом температуры.

  • RRRated resistance (Ом). Номинальное сопротивление. Это сопротивление позистора при какой-то ранее оговоренной температуре. Обычно это 25°С (реже 20°С). Проще говоря, это сопротивление позистора при комнатной температуре, которое мы можем легко измерить любым мультиметром.

  • Approvals – в дословном переводе это одобрение. То есть одобрено такой-то организацией, которая занимается контролем качества и пр. Особо не интересует.

  • Ordering code – серийный номер. Тут, думаю, понятно. Полная маркировка изделия. В нашем случае это B59975C0160A070.

Из даташита на позистор PTC C975 я узнал, что применить его можно в качестве самовосстанавливающегося предохранителя. Например, в электронном устройстве, которое в рабочем режиме потребляет ток не более 0,5А при напряжении питания 12V.

Теперь поговорим о параметрах NTC-термисторов. Напомню, что NTC-термистор имеет отрицательный ТКС. В отличие от позисторов, при нагреве сопротивление NTC-термистора резко падает.

В наличии у меня оказалось несколько NTC-термисторов. В основном они были установлены в блоках питания и всяких силовых агрегатах. Их назначение — ограничение пускового тока. Остановился я вот на таком термисторе. Давайте узнаем его параметры.

На корпусе указана лишь такая маркировка: 16D-9 F1. После недолгих поисков в интернете удалось найти даташит на всю серию NTC-термисторов MF72. Конкретно наш экземпляр, это MF72-16D9. Данная серия термисторов используется для ограничения пускового тока. Далее на графике наглядно показано, как работает NTC-термистор.

В начальный момент, когда включается устройство (например, импульсный блок питания ноутбука, адаптер, компьютерный БП, зарядное устройство), сопротивление NTC-термистора велико, и он поглощает импульс тока. Далее он разогревается, и его сопротивление уменьшается в несколько раз.

Пока устройство работает и потребляет ток, термистор находится в нагретом состоянии и его сопротивление мало.

В таком режиме термистор практически не оказывает сопротивление протекающему через него току. Как только электроприбор будет отключен от источника питания, термистор остынет и его сопротивление вновь увеличится.

Обратим свой взор на параметры и основные характеристики NTC-термистора MF72-16D9. Взглянем на таблицу.

  • R25Номинальное сопротивление термистора при температуре 25°С(Ом). Сопротивление термистора при температуре окружающей среды 25°С. Это сопротивление легко измерить мультиметром. Для термистора MF72-16D9 это 16 Ом. По сути R25 — это то же самое, что и RR (Rated resistance) для позистора.

  • Max. Steady State Current — Максимальный ток термистора (A). Максимально возможный ток через термистор, который он может выдержать в течение длительного времени. Если превысить максимальный ток, то произойдёт лавинообразное падение сопротивления.

  • Approx. R of Max. Current — Сопротивление термистора при максимальном токе (Ом). Приблизительное значение сопротивления NTC-термистора при максимальном протекающем токе. Для NTC-термистора MF72-16D9 это сопротивление равно 0,802 Ома. Это почти в 20 раз меньше, чем сопротивление нашего термистора при температуре в 25°С (когда термистор «холодный» и не нагружен протекающим током).

  • Dissip. Coef. — Коэффициент энергетической чувствительности (mW/°C). Чтобы внутренняя температура термистора изменилась на 1°С, он должен поглотить некоторое количество мощности. Отношение поглощаемой мощности (в мВт) к изменению температуры термистора и показывает данный параметр. Для нашего термистора MF72-16D9 данный параметр составляет 11 миллиВатт/1°С.

    Напомню, что при нагреве NTC-термистора его сопротивление падает. Для его разогрева расходуется протекающий через него ток. Следовательно, термистор будет поглощать мощность. Поглощённая мощность приводит к нагреву термистора, а это в свою очередь ведёт к уменьшению сопротивления NTC-термистора в 10 — 50 раз.

  • Thermal Time Constant — Постоянная времени охлаждения (S). Время, за которое температура ненагруженного термистора изменится на 63,2% от разности температуры самого термистора и окружающей среды. Проще говоря, это время, за которое NTC-термистор успевает остыть, после того, как через него перестанет протекать ток. Например, когда блок питания отключат от электросети.

  • Max. Load Capacitance in μF — Максимальная ёмкость разряда. Тестовая характеристика. Показывает ёмкость, которую можно разрядить на NTC-термистор через ограничительный резистор в тестовой схеме без его повреждения. Ёмкость указывается в микрофарадах и для конкретного напряжения (120 и 220 вольт переменного тока (VAC)).

  • Tolerance of R25Допуск. Допустимое отклонение сопротивления термистора при температуре 25°С. Иначе, это отклонение от номинального сопротивления R25. Обычно допуск составляет ±10 — 20%.

Вот и все основные параметры термисторов. Конечно, есть и другие параметры, которые могут встретиться в даташитах, но они, как правило, легко высчитываются из основных параметров.

Надеюсь теперь, когда вы встретите незнакомый вам электронный компонент (не обязательно термистор), вам будет легко разузнать его основные характеристики, параметры и назначение.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Про терморезисторы (NTC 10D-9 Thermal Resistor)

Я частенько обращал внимание на «хлопки» в выключателях при включении лампочек (особенно светодиодных). Если в роли драйвера у них конденсаторы, то «хлопки» бывают просто пугающие. Эти терморезисторы помогли решить проблему.
Всем ещё со школы известно, что в нашей сети течёт переменный ток. А переменный ток — электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению (изменяется по синусоидальному закону). Именно поэтому «хлопки» происходят на каждый раз. Зависит от того, в какой момент вы попали. В момент перехода через ноль хлопка не будет вовсе. Но я так включать не умею:)
Чтобы сгладить пусковой ток, но при этом не оказывать влияние на работу схемы, заказал NTC-термисторы. У них есть очень хорошее свойство, с увеличением температуры их сопротивление уменьшается. То есть в начальный момент они ведут себя как обычное сопротивление, уменьшая своё значение с прогревом.
Терморези́стор (термистор) — полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от его температуры.
По типу зависимости сопротивления от температуры различают терморезисторы с отрицательным (NTC-термисторы, от слов «Negative Temperature Coefficient») и положительным (PTC-термисторы, от слов «Positive Temperature Coefficient» или позисторы.)
В мою задачу входило увеличение срока службы лампочек (не только светодиодных), но и защита от порчи (обгорания) выключателей.
Не так давно делал обзор про многооборотное сопротивление. Когда его заказывал, обратил внимание на товар продавца. Там и увидел эти сопротивления. Сразу всё у прода и заказал.

Заказал в конце мая. Посылка дошла за 5 недель. С таким треком добиралась.
track24.ru/?code=MS04416957XSG

Сразу так и не скажешь, что тут 50 штук.

Пересчитал, ровно пятьдесят.
Когда подбирал терморезисторы под свои задачи, у одного продавца выудил вот такую табличку. Думаю, многим она пригодится. 10D-9 расшифровывается просто: сопротивление (при н.у.) 10 Ом, диаметр 9мм.

Ну а я составил свою таблицу на основе тех экспериментов, что провёл. Всё просто. С установки П321, при помощи которой калибрую мультиметры, подавал калиброванный ток.
Падение напряжения на терморезисторе снимал обычным мультиметром.
Есть особенности:
1. При токе 1,8А появляется запах лакокрасочного покрытия терморезистора.
2. Терморезистор спокойно выдерживает и 3А.
3. Напряжение устанавливается не сразу, а плавно приближается к табличному значению по мере прогрева или остывания.
4. Сопротивление терморезисторов при температуре 24˚С в пределах 10-11 Ом.

Красным я выделил тот диапазон, который наиболее применим в моей квартире.
Табличку перенёс на график.

Самая эффективная работа – на крутом спуске.
Изначально предполагал каждый терморезистор вживлять в лампочку. Но поле тестирования полученного товара и снятия характеристик понял, что для них (термисторов) нужна более серьёзная нагрузка. Именно поэтому решил вживить в выключатели, чтобы работали на несколько лампочек сразу. Выводы у резисторов тонковаты, пришлось выходить из ситуации вот таким способом.

Специальной обжимки у меня нет, поэтому работал пассатижами.

Для одинарного выключателя приготовил одинарный клеммник.

Для сдвоенного приготовил другой комплект. С клеммником будет удобнее монтировать.

Основное всё сделано. Встало без проблем.

Работают уже полгода. После установки на место страшных «хлопков» я больше не слышал.
Прошло достаточно времени, чтобы сделать вывод – годятся. И годятся не только для светодиодных лампочек.
А вот такой термистор я нашёл непосредственно в схеме светодиодного драйвера (ITead Sonoff LED- WiFi Dimming LED)
Больших сопротивлений китайцы не ставят, чтобы не мешать правильной работе схемы.

Что ещё хотел сказать в конце. Номинал сопротивления каждый должен подобрать сам в соответствии с решаемыми задачами. Технически грамотному человеку это вовсе не сложно. Когда я заказывал терморезисторы, инфы про них совсем не было. У вас она теперь есть. Смотрите на график зависимости и заказывайте то, что считаете более подходящим под ваши задачи.
На этом ВСЁ!
Удачи!

Принципы построения систем температурного контроля на NTC-термисторах компании Epcos — Компоненты и технологии

Статья посвящена исследованию работы терморезисторов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, рассмотрению преимуществ и недостатков применения термисторов, принципам построения систем измерения и контроля температуры, а также факторам, влияющим на работу термисторов в качестве датчиков температуры, и снижению погрешности измерительной системы.

Потребность измерения температуры и управления ей возникает во многих сферах деятельности человека. А основными требованиями к результатам измерения и управления, как всегда, оказываются скорость и точность, независимо от того, где используется прибор — в быту или в промышленности. В основе любого измерения, в том числе и температуры, положен датчик, и как первостепенный элемент он определяет технико-экономические показатели системы контроля в целом. Применение того или иного вида термочувствительного элемента опять же зависит от требований, предъявляемых к системе в целом, и не говорит о полном преимуществе одного датчика над другими. Для промышленного применения, как правило, используются термопары или резистивные термопреобразователи, выполненные в виде законченных устройств. Непригодность этих термочувствитеьных элементов для повсеместного использования объясняется высокой ценой применяемых материалов и невозможностью удаленного контроля из-за сравнительно маленьких величин выходных параметров, которые сильно подвержены влиянию внешних факторов. Все большее применение находят датчики интегрального исполнения, имеющие низкую нелинейность выходной характеристики от температуры и достаточно малую стоимость, но именно интегральное исполнение является «ахиллесовой пятой» этих элементов ввиду ограниченности рабочего температурного диапазона. Другое дело — терморезисторы с отрицательным ТКС (отрицательный температурный коэффициент сопротивления, или NTC — Negative Temperature Coefficient) — они имеют достаточно большой диапазон рабочих температур, возможность удаленного мониторинга, действуют в сильных магнитных полях. Но есть недостатки, такие как сложная повторяемость экземпляров и сильная нелинейность температурной характеристики, что в свою очередь усложняет и повышает стоимость всего изделия. Так было до прихода микроконтроллеров, на «плечи» которых и будет возложена конечная задача по линеаризации и математической обработке температурной характеристики.

Основные параметры и характеристика NTC-термисторов

В рабочем диапазоне температур зависимость сопротивления терморезистора от температуры достаточно точно описывается выражением [1]:

где R — сопротивление рабочего тела терморезистора при данной температуре Т, Ом; RN — номинальное сопротивление терморезистора при температуре ТN, Ом; Т, ТN — температура, К; В — коэффициент, постоянный для данного экземпляра терморезистора (паспортные данные).

Любой NTC-терморезистор кроме температурной характеристики описывается рядом параметров, без которых невозможно полное представление о работе данного типа термодатчиков. Далее приводятся определения основных параметров.

Материал, из которого изготовлен термистор, сохраняет свои свойства при температурах, не выходящих за рамки определенного диапазона, который называют допустимой температурой. При температурах, выходящих за эти пределы, в сенсоре могут произойти необратимые изменения, и он выйдет из строя.

Значение коэффициента В определяется материалом датчика и представляет собой наклон характеристики R/T. В уравнении (1) значение коэффициента В определено двумя точками характеристики R/T (RT, T) и (RN, TN), исходя из этого:

Терморезистор, имея номинальное значение сопротивления при определенной температуре, как и любой резистор, может иметь отклонение ΔR/RN (допуск), обусловленное технологией изготовления. Этот параметр дается производителем на одну точку (обычно 25 °С). Однако когда требуется высокая точность измерений в широком диапазоне температур, допуск может быть указан производителем не на сопротивление, а на температуру в гарантированном диапазоне ΔT. Соответственно, такой термистор будет измерять другие значения температур с тем же самым отклонением (точностью).

Температурный коэффициент α выражает в процентах изменение абсолютной величины сопротивления при изменении температуры на 1°. Вследствие нелинейности температурной характеристики значение температурного коэффициента зависит от величины температуры, поэтому его записывают обычно с индексом, указывающим температуру, при которой имеет место данное значение. Например, α293 — температурный коэффициент термистора при температуре 293. Вычисляют температурный коэффициент по формуле, вытекающей из его определения и выражения температурной характеристики:

Сопротивление при нулевой мощности измерения — это значение сопротивления термистора, измеренное при определенной температуре под электрической нагрузкой, настолько маленькой, что она практически не оказывает влияния на результат измерения. Если же измерительный ток будет высоким или же сопротивление термистора будет иметь низкое значение, результат измерений будет искажен из явления саморазогрева, что должно быть принято во внимание. Явление саморазогрева зависит не только от электрической нагрузки, но и от теплового коэффициента рассеяния δth и геометрических размеров датчика. Оно описывается следующим выражением:

где P — приложенная электрическая мощность, мВт; U — мгновенное значение напряжения на терморезисторе, В; I — мгновенное значение тока, протекающего через терморезистор, мА; Т — мгновенная температура терморезистора, К; ТА — температура окружающей среды, К; Сth — теплоемкость терморезистора, мДж/К; dT/dt — изменение температуры во времени, К/с.

Если постоянная электрическая мощность будет приложена к терморезистору, то его температура сначала незначительно увеличится, но это изменение со временем будет снижаться. А после некоторого временного промежутка будет достигнуто устойчивое состояние, при котором приложенная мощность рассеется за счет эффекта теплопроводности или конвекции. Если принять dT/dt равным нулю, а U = R×I, где R — сопротивление терморезистора, соответствующее его температуре, то получим:

Полученные формулы являются параметрическим представлением вольт-амперной характеристики с зависимостью сопротивления терморезистора от температуры R(T). Очевидным является и то, что вольт-амперная характеристика зависит от коэффициента рассеяния, который, в свою очередь, зависит от геометрических размеров датчика и среды, в которую он помещен.

Максимально допустимый ток — ток, при протекании которого через терморезистор температура последнего равна максимально допустимой. Величина допустимого тока зависит от температуры среды и ее характера. При одинаковой температуре двух сред допустимый ток будет больше в той среде, которая обладает большей теплопроводностью. Соответственно, коэффициент рассеяния, зависящий от параметров среды, определяет максимально допустимую мощность, рассеиваемую датчиком, помещенным в такую среду:

Коэффициент рассеяния определяется как отношение изменения в рассеиваемой энергии к изменению температуры терморезистора. В численном виде выражается в мВт/К и служит мерой нагрузки, которая вызывает изменение температуры терморезистора на 1 К в установившемся состоянии окружающей среды:

Для определения коэффициента рассеяния к терморезистору прикладывают нагрузку, при которой соотношение U/I соответствует значению сопротивления, измеренному при температуре Т = 85 °С:

где Т — температура тела терморезистора, °С; ТА — температура окружающей среды, °С.

Теплоемкость Сth — количество тепла, которое надо сообщить терморезистору, чтобы повысить температуру рабочего тела на один градус. Величина теплоемкости является функцией температуры, однако при температурах, не превышающих допустимой, можно принять ее постоянной и вычислять по формуле:

где τС — тепловая постоянная времени охлаждения, с.

Постоянная времени τС — время, в течение которого температура рабочего тела при его свободном охлаждении понижается на 63,2% от первоначальной разности температур рабочего тела и окружающей среды. Как правило, температура, до которой нагревают терморезистор, равна 85 °С, а температура среды, в которую помещают терморезистор для охлаждения, берется равной 25 °С. Соответственно, охлаждение рабочего тела терморезистора происходит тем быстрее, чем меньше его геометрические размеры.

Как и у любого радиоэлемента, материал, из которого изготовлен терморезистор, подвержен необратимому изменению характеристик (у терморезисторов это увеличение сопротивления и изменение коэффициента В). Это происходит из-за теплового перенапряжения, приводящего к дефектам кристаллической решетки, окисления незащищенных частей терморезистора, связанного с повреждением корпуса датчика, или из-за диффузии в контактных поверхностях металлизированного покрытия электродов. При низких температурах эти процессы происходят медленно, но на высоких температурах ускоряются, а со временем снижаются. Поэтому для увеличения временной стабильности параметров и уменьшения влияния изменения характеристик многие производители умышленно подвергают терморезисторы процессу старения непосредственно после изготовления.

Обзор NTC-термисторов компании Epcos

Термисторы компании Epcos изготавливаются из тщательного отобранного и протестированного сырья. Основой для изготовления служат оксиды металлов, таких как марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк. Оксиды первоначально измельчаются до порошкообразной массы, смешиваются с пластиковыми связующими элементами и сжимаются до нужной формы. Затем их плавят для получения поликристаллического корпуса термистора. После определенного этапа тестирования термисторы подвергаются старению для получения необходимой стабильности параметров.

Компания Epcos выпускает достаточно большой ряд терморезисторов, с которым можно ознакомиться в специальном документе по выбору Selector Guide [2]. В рамках же данной статьи мы рассмотрим лишь прецизионные малогабаритные датчики (табл. 1).

Таблица 1. Основные характеристики NTC-термисторов Epcos

Как говорилось ранее, выбор того или иного термопреобразователя чаще всего обусловлен требованиями к разрабатываемой системе контроля, поэтому основными параметрами, на которые опирается разработчик, оказываются рабочий температурный диапазон, массо-габаритные показатели, допуск на номинальное сопротивление, постоянная времени и стоимость элемента.

Нестандартный подход к стандартной характеристике NTC-термисторов

В начале статьи говорилось, что температурная зависимость сопротивления термистора точно описывается выражением (1), однако опытным путем было установлено, что эта же характеристика может быть не менее точно воспроизведена следующим полиномом:

где r(T) — сопротивление терморезистора при температуре Т; А0, А1, А2Аn — некие коэффициенты, зависящие лишь от свойств материалов, которые используются при в изготовлении термистора.

Казалось бы, это нисколько не упрощает представление о поведении температурной характеристики термистора, а наоборот — ведет к усложнению из-за переноса температуры в знаменатель и бесконечного числа возможных коэффициентов. Но как показала обработка этой математической модели на «живых» образцах, практически любой термистор можно описать с помощью семи первых членов полинома, так как вклад последующих составляющих в конечное значение сопротивления незначителен:

Тогда, переходя к термопроводимости, мы получим:

где r(T) — сопротивление, кОм; g(T) — проводимость, мСм.

Такая зависимость имеет ряд преимуществ перед экспоненциальной при ее использовании в целях линеаризации характеристики с помощью математического моделирования. Для наглядного представления рассмотрим применение этой зависимости на стандартной R(T) характеристике терморезистора В57861 (S861) с номинальным сопротивлением 10 кОм.

Из представленных данных (табл. 2, рис. 1) видно, что разница между значениями сопротивлений, которые предоставляет производителем в виде табличной характеристики № 8016 [3], и значениями термосопротивлений, полученными с помощью математической модели, не значительна и не превышает 0,1%, что позволяет в дальнейших математических расчетах пренебречь этими отклонениями. Коэффициенты математической модели, с помощью которых получены расчетные данные, равны:

Рис. 1. Температурная зависимость терморезистора B57861 (S861)

Таблица 2. Характеристика терморезистора В57861 (S861)

Сразу же оговоримся, что представленные коэффициенты подходят только для указанного температурного диапазона и табличной характеристики 8016 NTC-термисторов компании Epcos. Номинальное сопротивление терморезистора в этом случае не имеет значения. Кроме того, ограниченность температурного диапазона не обусловлена невозможностью описания с помощью математической модели, а связана с конкретным применением, для которого проводились эти расчеты.

Последующим этапом реализации практического применения полиноминального представления характеристики термосопротивления является воспроизведение зависимости (12), для чего оказалось достаточным и удобным использование операционного усилителя (ОУ) в неинвертирующей схеме включения (рис. 2).

Рис. 2. Преобразователь R(T) U(T)

Указанная схема будет иметь следующую выходную характеристику:

графическое построение которой представлено на рис. 3.

Рис. 3. Графическое представление линеаризации температурной характеристики

Масштаб координатной сетки температурной зависимости U(T) можно легко менять с помощью резистора обратной связи ROC и резистивного делителя опорного напряжения UREF, состоящего из резисторов R1 и R2. Соответственно, преобразователь R(Т)

U(T) с поставленной задачей справляется.

Линеаризация температурной характеристики NTC-термисторов

Вопрос линеаризации выходной характеристики термопреобразователя остается до сих пор открытым. Существуют методы частичной или же мнимой линеаризации, которые предлагают даже сами производители нелинейных элементов, но они не дают полного решения этой задачи.

Предлагаемый в рамках данной статьи метод, основанный на математическом моделировании, заключается в построении искусственной линейной температурной зависимости (a×T+b) и последующем построении дополнительной характеристики Y(Т), позволяющих с помощью простых вычислений определять температуру с высокой точностью. Но из этих математических построений вытекает ряд условий, которые необходимо соблюсти для получения данных высокой точности:

  1. Температурный диапазон, в котором предполагается использование датчика, должен быть четко определен.
  2. Использование микроконтроллера, так как воспроизведение искусственно созданных зависимостей с помощью аналоговой электроники не возможно.
  3. Использование прецизионных радиоэлементов для точного представления поведения датчика в рассматриваемом применении.

Процесс построения искусственной линейной зависимости в известном температурном диапазоне при наличии математической модели поведения терморезистора не составляет большого труда. Для этого достаточно взять две крайние точки характеристики U(T) (рис. 3) и провести между ними линейный отрезок (a×T+b). Получить значение коэффициентов a и b в системе уравнений:

где Т0 и ТN — соответственно начальная и конечная температуры контролируемого диапазона, также не вызовет затруднений. Вспомогательную характеристику Y(T) (рис. 3) получаем по следующей формуле:

Зависимость Y(T) имеет вид отрицательной параболы, исходя из этого, зависимость Y(T) можно представить следующим образом:

где PT, QT и RT — постоянные коэффициенты, которые не зависят от температуры, а определяются свойствами термистора.

Приравнивая выражения 15 и 16, получаем квадратное уравнение, где неизвестной величиной является температура:

Корни этого квадратного уравнения находятся известным путем:

Для нашего применения подходит только один из них, поэтому вычисление конечного значения температуры можно осуществлять по формуле:

Если температурный диапазон большой, а контроль температуры необходимо осуществлять с высокой точностью, то можно пойти по пути кусочной аппроксимации, и тогда коэффициенты PT , QT и RT для каждого температурного поддиапазона будут свои.

Практическое применение

Для рассмотрения представленного метода линеаризации на практике вернемся к уже известному терморезистору В57861 (S861) с номинальным сопротивлением 10 кОм ±1%. Использование термистора предполагается в температурном диапазоне от 0 до 155 °С. Исходя из этого, номиналы резисторов для преобразователя R(Т)

U(T) были взяты следующие: ROC = 1,62 кОм ±0,1%, R1 = 10 кОм ±0,1%, R2 = 1 кОм ±0,1%, а опорное напряжение UREF = (2,5 ±0,002) В.

Представленные данные (табл. 3) получены путем разбиения всего температурного диапазона на 8 поддиапазонов, для которых были вычислены соответствующие коэффициенты PT, QT и RT (табл. 4).

Таблица 3. Пример использования метода линеаризации

Таблица 4. Расчетные значения коэффициентов PT, QT и RT

Но даже применяя микроконтроллер, неудобно и программно неоправдано держать такое большое количество нецелочисленных коэффициентов. А переходя к аналого-цифровому преобразованию, для исключения дополнительной погрешности будет правильным в любую формулу подставлять дискреты, полученные от АЦП, а не пересчитанное значение напряжения. Поэтому конечная формула вычисления температуры для 12-битного АЦП будет выглядеть следующим образом:

где TU — вычисляемое значение температуры, iƒ (на английском «если») — условие использования одной из формул, ΔU — полученные дискреты от АЦП.

Соответственно, если ΔU < 391, то значение температуры ниже 0 °С, а если ΔU > 4022, то значение температуры выше 155 °С. Ну и, рассматривая каждый поддиапазон температур в отдельности, можно получить для него следующие точностные характеристики (табл. 5).

Таблица 5. Точностные характеристики поддиапазонов

Такая низкая разрешающая способность, а также ее неравномерность в интервале температур от 0 до 60 °С связана с нелинейностью выходной характеристики преобразователя R(Т)

U(T).

Указанная в таблице 5 погрешность не является полной, так как она не учитывает отклонение сопротивления резисторов и опорного напряжения от номинальных значений. В таблице 6 представлены возможное отклонение истинной вычисленной температуры от истинного значения и погрешность системы без учета допустимого отклонения термосопротивлений от величин, предоставленных производителем в качестве стандартной температурной характеристики № 8016.

Таблица 6. Погрешность системы для каждой контрольной точки

В начале статьи говорилось, что терморезистор, как и любой резистор, имеет отклонение ΔR/RN от номинального значения сопротивления, обусловленное технологией изготовления, и что этот параметр дается производителем на точку 25 °С. Однако, в отличие от простых резисторов, эта величина у терморезистора во всем температурном диапазоне не одинакова, и что еще важней — она увеличивается. Компания Epcos для упрощения вычислений и исключения необходимости самостоятельного определения отклонений в нужном температурном диапазоне предоставляет программу “NTC R/T Calculation” [4], которая позволяет в автоматическом режиме проводить все необходимые расчеты по определению отклонений сопротивления и температуры.

Исходя из данных таблицы 7, можно посчитать тотальную погрешность рассмотренной измерительной системы с учетом всех отклонений и допусков от соответствующих номинальных значений, ошибки АЦП и расчетов математической модели (табл. 8).

Таблица 7. Отклонения для терморезистора В57861S0103F040

Таблица 8. Абсолютная погрешность измерительной системы для каждой контрольной точки

Поправка на саморазогрев термистора

При работе в любой электрической схеме через терморезистор протекает измерительный ток, если его величина будет более 100 мкА или же сопротивление термистора будет иметь небольшую величину, то результат измерений искажается. Это явление называется саморазогревом и, как было сказано ранее, зависит не только от нагрузки, но и от применяемых материалов и конструкции датчика. Говоря другими словами, на полученный результат измерений необходимо делать поправку, вычисление которой можно проводить по следующей формуле:

где TA — действительно значение контролируемой температуры; Т — измеренное значение температуры; U — мгновенное значение напряжения на терморезисторе, I — мгновенное значение тока, протекающего через терморезистор; R(T) — значение сопротивления терморезистора, соответствующее температуре Т; δth — коэффициент теплового рассеяния.

Применительно к используемой схеме и при условии использования микроконтроллера с 12-битным АЦП выражение (20) будет выглядеть следующим образом:

В примененной схеме включения (рис. 2) величина поправки будет тем меньше, чем больше значение резистора в обратной связи операционного усилителя RОС. Следует отметить, что полученные значения поправки для температуры (табл. 9) справедливы только для указанных термисторов, преобразователя R(Т)

U(T), а также для значения коэффициента рассеяния в воздухе, равного 1,5 мВт/К. При применении термистора в любой другой среде необходимо определять значение этого коэффициента опытным путем.

Таблица 9. Поправка на саморазогрев для терморезистора В57861S0103F040

Заключение

Применение термисторов с отрицательным ТКС в качестве датчиков температуры имеет определенные ограничения, связанные с точностью и погрешностью измерений, но при использовании предложенного в рамках данной статьи метода такое применение возможно. Полученные на конкретном примере значения не являются обобщающими для всех терморезисторов, а введение небольших доработок в преобразователь позволяет увеличить точностные показатели измерительной системы в целом в 2–3 раза.

Литература

  1. http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sections/ProductCatalog/NonlinearResistors/NTCThermistors/PDF/PDF__General__technical__information,property=Data__en.pdf;/PDF_General_technical_information.pdf
  2. http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sections/ProductCatalog/NonlinearResistors/NTCThermistors/ PDF/PDF__SelectorGuide,property=Data__en.pdf;/PDF_SelectorGuide.pdf
  3. http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sections/ProductCatalog/NonlinearResistors/NTCThermistors/PDF/PDF__Standardized,property=Data__en.pdf;/PDF_Standardized.pdf
  4. http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sections/DesignTools/NTCThermistors/Page__License2,locale=en.html

Термистор . NTC термистор. Позисторы PTC

Измеритель с отрицательным ТКС называют NTC-термистор, где NTC – Negative Temperature Coefficient. При нагревании R полупроводника уменьшается. Это популярный узел среди радиолюбителей, который всегда применяется в создании каких-либо электронных аппаратов. Поэтому его будет полезно рассмотреть подробнее.

Принцип работы и все характеристики берут отсчет от свойств при комнатной температуре. Обычно за точку отсчета берется +25 С. При ней у резистора заявленные показатели. Чаще всего используют NTC 10 Ком и 100 Ком. Номинальное R при подогреве может изменяться в тысячу раз. Это касается термодатчиков, произведенных из проводников с плохой проводимостью. Если берут с хорошей, то отношение измеряется в пределах 10.

Зависимость электросопротивления для большинства таких устройств имеет нелинейную прогрессию. Поэтому необходимо иметь таблицу с расписанными данными по взаимосвязи этих показателей. Такие таблицы должны прилагаться к каждому виду терморезисторов. Параметры сопротивления полупроводников со временем практически не изменяются, поэтому их срок службы достаточно велик. Это при условии соблюдения температурного режима, который варьируется от -55 С до +300 С.

NTC-прибор используется в двух случаях: для стабилизации пускового напряжения, точнее для его сглаживания. И в качестве датчика температур, для ее измерения как внутри, так и замер внешних данных. Схема использования при запуске достаточна простая. При скачке пускового напряжения, электроток нагрузки проходит через NTC, который обладает определенным R при +25 С и он не дает большому скачку испортить весь электроприбор. При постепенном подогреве сопротивляемость падает, и оно выравнивается. Это свойство помогает запускать приборы плавно, не боясь перегорания диодных мостов и предохранителей.

Второй вариант использования – это датчик температуры. На основании показаний градуса разогревания можно настроить включение тех или иных элементов, например, электродвигателя, кулера, вентилятора. Также использовать для сигнализирования о перегреве системы или ее компонента. При небольшом значении проходящего электричества, терморезистор не будет нагреваться, а будет показывать градусы окружающей среды. Эта же функция используется в аккумуляторах для ноутбука. К элементу питания примотан такой элемент и при перегреве он подает сигнал, который сразу уменьшает подачу питания.

Полезное применение при конструировании 3D-принтеров, в частности подогреваемых столов к ним и экструдерах (Hot End) оценили все радиолюбители. В таких приборах используют приспособление на 100 Ком. Маленькие размеры позволяют крепить и размещать электродатчик на небольших площадях. Работа при высоких температурах имеет большое значение при выборе узла для данных аппаратов.

Для надежной и правильной работы термистора NTC уделите особое внимание калибровке, вне зависимости от назначения. Это важный этап в настройке всего механизма. Для этого необходимо использовать таблицу зависимости. При подключении к Arduino первым делом следует написать скетч. Который выведет такую зависимость на экран и можно будет свериться.

NTC термистор характеристики

А Вы знаете, что такое NTC термистор и какие у него характеристики?

NTC термистор


Что такое термисторы NTC? Термистор, встроенный в зонд из нержавеющей стали, представляет собой «отрицательный температурный коэффициент». Термисторы NTC — это резисторы с отрицательным температурным коэффициентом, что означает, что сопротивление уменьшается с повышением температуры.

Они в основном используются как резистивные температурные датчики и токоограничивающие устройства. Коэффициент температурной чувствительности примерно в пять раз больше, чем у кремниевых температурных датчиков (силисторы) и примерно в десять раз больше, чем у датчиков температуры сопротивления (RTD). Датчики NTC обычно используются в диапазоне от -55 ° C до 200 ° C.  

ntc термистор характеристики.



Нелинейность связи между сопротивлением и температурой, проявляемая резисторами NTC, представляла собой большую проблему при использовании аналоговых схем для точного измерения температуры, но быстрое развитие цифровых схем позволило решить эту задачу, позволяющую вычислять точные значения путем интерполяции таблиц поиска или путем решения уравнений которые приближаются к типичной кривой NTC.

Определение термистора NTC


Термистор NTC представляет собой термочувствительный резистор, сопротивление которого демонстрирует большое, точное и прогнозируемое снижение по мере того, как температура ядра резистора увеличивается в диапазоне рабочих температур. 

NTC термистор.


Характеристики термисторов NTC


В отличие от RTD (температурные детекторы сопротивления), изготовленные из металлов, термисторы NTC обычно изготавливаются из керамики или полимеров. Различные используемые материалы приводят к различным температурным откликам, а также к другим характеристикам. Реакция температуры Хотя большинство термисторов NTC обычно подходят для использования в температурном диапазоне от -55 ° C до 200 ° C, где они дают наиболее точные показания, существуют специальные семейства термисторов NTC, которые могут использоваться при температурах, приближающихся к абсолютному нулю (-273,15 ° C), а также те, которые специально предназначены для использования выше 150 ° C. Температурная чувствительность датчика NTC выражается как «процентное изменение на градус C». В зависимости от используемых материалов и особенностей производственного процесса типичные значения чувствительности к температуре колеблются от -3% до -6% на ° С.
 
 

Характеристическая кривая NTC термистора. 


Характеристическая кривая NTC


Как видно из рисунка, термисторы NTC имеют гораздо более крутой наклон сопротивления-температуры по сравнению с RTD платинового сплава, что приводит к лучшей температурной чувствительности. Тем не менее, RTD остаются наиболее точными датчиками, точность которых составляет ± 0,5% от измеренной температуры, и они полезны в температурном диапазоне от -200 ° C до 800 ° C, что намного шире, чем у датчиков температуры NTC.

Сравнение с другими датчиками температуры


По сравнению с RTD, NTC имеют меньший размер, более быстрый отклик, большую устойчивость к ударам и вибрации и имеют более низкую себестоимость. Они немного менее точны, чем RTD. По сравнению с термопарами точность, полученная от обоих, аналогична; однако термопары выдерживают очень высокие температуры (порядка 600 ° C) и используются вместо термисторов NTC, где их иногда называют пирометрами. Тем не менее, термисторы NTC обеспечивают большую чувствительность, стабильность и точность, чем термопары при более низких температурах, и используются с меньшими затратами электроэнергии и, следовательно, имеют более низкие общие затраты. Стоимость дополнительно снижается из-за отсутствия необходимости в схемах формирования сигнала (усилители, переводчики уровня и т. д.), Которые часто необходимы при работе с RTD и всегда необходимы для термопар.

Эффект самонагрева


Эффект самонагрева — это явление, которое происходит, когда ток протекает через термистор NTC. Поскольку термистор в основном является резистором, он рассеивает энергию в виде тепла, когда через него протекает ток. Это тепло генерируется в сердечнике термистора и влияет на точность измерений. Степень, в которой это происходит, зависит от количества протекающего тока, окружающей среды (будь то жидкость или газ, есть ли какой-либо поток над датчиком NTC и т. д.), Температурный коэффициент термистора, общее количество термистора области и т. д. Тот факт, что сопротивление датчика NTC и, следовательно, ток протекания через него, зависит от окружающей среды и часто используется в резервуарах для хранения жидкости.

Теплоемкость


Теплоемкость представляет собой количество тепла, необходимое для повышения температуры термистора на 1 ° C и обычно выражается в мДж / ° C. Знание точной теплоемкости имеет большое значение при использовании датчика термистора NTC в качестве ограничителя пускового тока, поскольку он определяет скорость отклика датчика температуры NTC.

Выбор и расчет кривой


Тщательный процесс отбора должен учитывать константу рассеяния термистора, постоянную времени термической обработки, значение сопротивления, кривую сопротивления-сопротивления и допуски, чтобы учесть в наиболее важных факторах. Поскольку зависимость между сопротивлением и температурой (кривая R-T) сильно нелинейна, в практических схемах системы должны использоваться определенные приближения.

Приближение первого порядка


Одним приближением и простейшим в использовании является приближение первого порядка, в котором говорится, что: формула приближения первого порядка: dR = k * dT Где k — отрицательный температурный коэффициент, ΔT — разность температур, ΔR — изменение сопротивления, возникающее в результате изменения температуры. Это приближение первого порядка справедливо только для очень узкого температурного диапазона и может быть использовано только для таких температур, где k почти постоянна во всем диапазоне температур. 3 Где ln R — естественный логарифм сопротивления при температуре T в Кельвине, а A, B и C — коэффициенты, полученные из экспериментальных измерений. Эти коэффициенты обычно публикуются поставщиками термисторов в составе таблицы данных. Формула Штейнхарта-Харта, как правило, составляет около ± 0,15 ° С в диапазоне от -50 ° С до + 150 ° С, что является большим для большинства применений. Если требуется высокая точность, диапазон температур должен быть уменьшен, а точность лучше, чем ± 0,01 ° C в диапазоне от 0 ° C до + 100 ° C.

Выбор правильного приближения


Выбор формулы, используемой для получения температуры из измерения сопротивления, должен основываться на доступной вычислительной мощности, а также на фактических требованиях допуска. В некоторых приложениях приближение первого порядка более чем достаточно, в то время как в других случаях даже уравнение Штейнхарта-Харта удовлетворяет требованиям, а термистор должен быть откалиброван по пунктам, делая большое количество измерений и создавая таблицу поиска.

Конструкция и свойства термисторов NTC


Материалами, обычно используемыми при изготовлении NTC-резисторов, являются платина, никель, кобальт, железо и оксиды кремния, используемые в виде чистых элементов или керамики и полимеров. Термисторы NTC можно разделить на три группы, в зависимости от используемого производственного процесса.

Терморезисторы


Форма бисера или шарика. Эти термисторы NTC изготовлены из свинцовых проводов из платинового сплава, непосредственно спеченных в керамический корпус. Они обычно обеспечивают быстрое время отклика, лучшую стабильность и позволяют работать при более высоких температурах, чем дисковые и чип-датчики NTC, однако они более хрупкие. Обычно они запечатывают их в стекле, чтобы защитить их от механических повреждений во время сборки и улучшить их стабильность измерений. Типичные размеры колеблются от 0,075 до 5 мм в диаметре.  

Диск и чип-термисторы

Терморезисторы.


Термистор в виде диска. Терморезисторы NTC имеют металлизированные поверхностные контакты. Они больше и, как результат, имеют более медленное время реакции, чем резисторы NTC типа шариков. Однако из-за их размера они имеют более высокую константу диссипации (мощность, необходимая для повышения их температуры на 1 ° C), и поскольку мощность, рассеиваемая термистором, пропорциональна квадрату тока, они могут обрабатывать более высокие токи намного лучше, чем шариковый тип термисторов. Термисторы с типом диска производятся путем прессования смеси оксидных порошков в круглую матрицу, которые затем спекаются при высоких температурах. Чипы обычно изготавливают методом литья под давлением, где суспензию материала распределяют в виде толстой пленки, сушат и разрезают в форму. Типичные размеры колеблются от 0,25 до 25 мм в диаметре.

Терморезисторы NTC с инкапсулированным покрытием


Стекловолокно с термистором NTC Это датчики температуры NTC, запечатанные в воздухонепроницаемом стеклянном пузыре. Они предназначены для использования при температурах выше 150 ° C или для монтажа на печатной плате, где требуется прочность. Инкапсуляция термистора в стекле повышает стабильность датчика, а также защиту датчика от окружающей среды. Они изготавливаются герметично уплотняющими резисторами типа NTC в стеклянный контейнер. Типичные размеры колеблются от 0,4 до 10 мм в диаметре.
 
Типичные области применения

Терморезисторы NTC с инкапсулированным покрытием.


Термисторы NTC используются в широком спектре применений. Они используются для измерения температуры, температуры управления и температурной компенсации. Они также могут использоваться для обнаружения отсутствия или наличия жидкости, в качестве устройств ограничения тока в цепях питания, мониторинга температуры в автомобильных агрегатах и многих других. Датчики NTC можно разделить на три группы, в зависимости от электрической характеристики, используемой в агрегатах и устройствах.  
Характеристика сопротивления-температуры

Типичные области применения.


Приложения, основанные на характеристике сопротивления-времени, включают измерение температуры, контроль и компенсацию. К ним также относятся ситуации, в которых используется термистор NTC, так что температура датчика температуры NTC связана с некоторыми другими физическими явлениями. Эта группа агрегатов требует, чтобы термистор работал в условиях нулевой мощности, что означает, что ток проходящий через него поддерживается как можно на более низком уровне, чтобы избежать нагрева зонда.

Текущая временная характеристика


Устройствами, основанными на характеристике текущего времени, являются: временная задержка, ограничение пускового тока, подавление перенапряжений и многое другое. Эти характеристики связаны с теплоемкостью и постоянной диссипации используемого термистора NTC. Схема обычно полагается на термистор NTC, нагреваясь из-за проходящего через него тока. В какой-то момент это вызовет какое-то изменение в схеме, в зависимости от устройства, в котором оно используется.

Характеристика напряжения


Устройства, основанные на характеристике напряжения и тока термистора, обычно включают изменения условий окружающей среды или изменения схемы, которые приводят к изменениям рабочей точки на заданной кривой в цепи. В зависимости от применения это может использоваться для ограничения тока, температурной компенсации или измерения температуры.

NTS термисторный символ.


NTS термисторный символ


Следующий символ используется для термистора с отрицательным температурным коэффициентом в соответствии со стандартом IEC.

Про терморезисторы (NTC 10D-9 Thermal Resistor)

Я частенько обращал внимание на «хлопки» в выключателях при включении лампочек (особенно светодиодных). Если в роли драйвера у них конденсаторы, то «хлопки» бывают просто пугающие. Эти терморезисторы помогли решить проблему.
Всем ещё со школы известно, что в нашей сети течёт переменный ток. А переменный ток — электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению (изменяется по синусоидальному закону). Именно поэтому «хлопки» происходят на каждый раз. Зависит от того, в какой момент вы попали. В момент перехода через ноль хлопка не будет вовсе. Но я так включать не умею:)
Чтобы сгладить пусковой ток, но при этом не оказывать влияние на работу схемы, заказал NTC-термисторы. У них есть очень хорошее свойство, с увеличением температуры их сопротивление уменьшается. То есть в начальный момент они ведут себя как обычное сопротивление, уменьшая своё значение с прогревом.
Терморези́стор (термистор) — полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от его температуры.
По типу зависимости сопротивления от температуры различают терморезисторы с отрицательным (NTC-термисторы, от слов «Negative Temperature Coefficient») и положительным (PTC-термисторы, от слов «Positive Temperature Coefficient» или позисторы.)
В мою задачу входило увеличение срока службы лампочек (не только светодиодных), но и защита от порчи (обгорания) выключателей.
Не так давно делал обзор про многооборотное сопротивление. Когда его заказывал, обратил внимание на товар продавца. Там и увидел эти сопротивления. Сразу всё у прода и заказал.

Заказал в конце мая. Посылка дошла за 5 недель. С таким треком добиралась.
track24.ru/?code=MS04416957XSG

Сразу так и не скажешь, что тут 50 штук.

Пересчитал, ровно пятьдесят.
Когда подбирал терморезисторы под свои задачи, у одного продавца выудил вот такую табличку. Думаю, многим она пригодится. 10D-9 расшифровывается просто: сопротивление (при н.у.) 10 Ом, диаметр 9мм.

Ну а я составил свою таблицу на основе тех экспериментов, что провёл. Всё просто. С установки П321, при помощи которой калибрую мультиметры, подавал калиброванный ток.
Падение напряжения на терморезисторе снимал обычным мультиметром.
Есть особенности:
1. При токе 1,8А появляется запах лакокрасочного покрытия терморезистора.
2. Терморезистор спокойно выдерживает и 3А.
3. Напряжение устанавливается не сразу, а плавно приближается к табличному значению по мере прогрева или остывания.
4. Сопротивление терморезисторов при температуре 24˚С в пределах 10-11 Ом.

Красным я выделил тот диапазон, который наиболее применим в моей квартире.
Табличку перенёс на график.

Самая эффективная работа – на крутом спуске.
Изначально предполагал каждый терморезистор вживлять в лампочку. Но поле тестирования полученного товара и снятия характеристик понял, что для них (термисторов) нужна более серьёзная нагрузка. Именно поэтому решил вживить в выключатели, чтобы работали на несколько лампочек сразу. Выводы у резисторов тонковаты, пришлось выходить из ситуации вот таким способом.

Специальной обжимки у меня нет, поэтому работал пассатижами.

Для одинарного выключателя приготовил одинарный клеммник.

Для сдвоенного приготовил другой комплект. С клеммником будет удобнее монтировать.

Основное всё сделано. Встало без проблем.

Работают уже полгода. После установки на место страшных «хлопков» я больше не слышал.
Прошло достаточно времени, чтобы сделать вывод – годятся. И годятся не только для светодиодных лампочек.
А вот такой термистор я нашёл непосредственно в схеме светодиодного драйвера (ITead Sonoff LED- WiFi Dimming LED)
Больших сопротивлений китайцы не ставят, чтобы не мешать правильной работе схемы.

Что ещё хотел сказать в конце. Номинал сопротивления каждый должен подобрать сам в соответствии с решаемыми задачами. Технически грамотному человеку это вовсе не сложно. Когда я заказывал терморезисторы, инфы про них совсем не было. У вас она теперь есть. Смотрите на график зависимости и заказывайте то, что считаете более подходящим под ваши задачи.
На этом ВСЁ!
Удачи!

Что такое термистор NTC

Термисторы — это чувствительные к температуре элементы, изготовленные из спеченного полупроводникового материала для отображения значительных изменений сопротивления пропорционально небольшим изменениям температуры.

Это сопротивление можно измерить с помощью небольшого измеряемого постоянного тока, или постоянного тока, пропущенного через термистор, чтобы измерить возникающее падение напряжения.

Эти твердотельные датчики температуры фактически действуют как электрические резисторы, чувствительные к температуре.Отсюда и произошло название, представляющее собой четкое сочетание слов термический и резисторный. Ametherm специализируется на термисторах с отрицательным температурным коэффициентом (NTC).

Термисторы — невероятно точная категория датчиков температуры

Как правило, термисторы состоят из спеченной керамики, состоящей из высокочувствительного материала со стабильно воспроизводимыми характеристиками сопротивления в зависимости от температуры.

«Спрос на термисторы также увеличился в автомобильной промышленности, особенно в таких приложениях, как трансмиссия, безопасность и управление, а также транспортные средства, работающие на альтернативном топливе, в связи с изменением государственных стандартов и структур спроса со стороны конечных пользователей. Всего в автомобиле используется 30 термисторов, включая 20 датчиков с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) и 5 ​​датчиков с положительным температурным коэффициентом (PTC). Термисторы в настоящее время являются постоянно растущим рынком, и ожидается, что эта тенденция сохранится и в ближайшие годы.”Датчики Онлайн

Термисторы

NTC — это нелинейные резисторы, характеристики сопротивления которых меняются в зависимости от температуры. Сопротивление NTC будет уменьшаться при повышении температуры. Способ уменьшения сопротивления зависит от константы, известной в электронной промышленности как бета или ß. Бета измеряется в ° K.

Термисторные зонды NTC

Типичные области применения:
  • Измерение температуры
  • Температурная компенсация
  • Контроль температуры

Вы можете легко рассчитать сопротивление термисторов NTC при заданной температуре, используя бета-коэффициент, но есть еще более точный способ сделать это, используя уравнение Стейнхарта и Харта.Термисторы NTC также являются отличной альтернативой полупроводниковым схемам для решения проблем, связанных с температурой. Их легко использовать для расчета температурного коэффициента. Мы предоставим вам рекомендации по использованию термисторов NTC для достижения максимально точных измерений.

Спросите у инженера

«Термисторы — недорогие, легко доступные датчики температуры. Они просты в использовании и легко адаптируются. Цепи с термисторами могут иметь разумное выходное напряжение, а не милливольтные выходы термопар.Благодаря этим качествам термисторы широко используются для простых измерений температуры. Они не используются при высоких температурах, но широко используются в тех диапазонах температур, в которых они работают ». Бакнеллский университет

Некоторые основные термины могут быть полезны для понимания термисторов и их потенциального использования. Во-первых, стандартная эталонная температура обычно составляет 25 ° C или температура корпуса термистора при предполагаемом сопротивлении нулевой мощности. Это сопротивление нулевой мощности представляет собой значение сопротивления термистора постоянному току при измерении при определенной температуре с достаточно низким рассеиванием мощности термистором для любого дальнейшего снижения мощности, приводящего к не более чем 1/10 определенного допуска измерения или изменение сопротивления на ноль целых один процент.

Коэффициент сопротивления — это характеристика, которая определяет отношение сопротивления при нулевой мощности термистора при 125 ° к сопротивлению при 25 ° C. Максимальная рабочая температура — это самая высокая температура тела, при которой термистор будет работать с приемлемой стабильностью в течение длительного периода времени.

Эта температура не должна превышать максимальное указанное значение. Аналогичным образом, максимальная номинальная мощность термисторов — это максимальная мощность, при которой термистор будет работать в течение определенного периода времени, сохраняя стабильность.

Термисторы NTC Ametherm:

  • Доступен во множестве дизайнов, чтобы соответствовать практически любому желаемому применению
  • Создано с использованием материалов высочайшей чистоты для получения надежных результатов, на которые можно положиться
  • Настраивается, чтобы полностью удовлетворить ваши потребности

Знакомство с термисторами NTC для новичков

Компания ATC Semitec, имеющая более чем 20-летний опыт работы в сфере терморегулирования, является ведущим дистрибьютором термокомпонентов в стране.Термисторы NTC являются ключевой частью нашего бизнеса, и в этой статье мы попытаемся объяснить непрофессиональным языком, во-первых, что такое термисторы NTC; затем, во-вторых, предложите несколько возможных вариантов использования. Если вы затем почувствуете, что они могут быть частью решения для вашего датчика температуры или требований тепловой безопасности, пожалуйста, свяжитесь с нами в ATC, и мы будем рады проконсультировать вас.

Edit Image

Термистор — это составное слово, состоящее из терминов «тепловой» и «резистор», в то время как аббревиатура NTC обозначает, в частности, термистор с отрицательным температурным коэффициентом (по сравнению с альтернативным положительным температурным коэффициентом — PTC).Чувствительные к температуре, это твердотельные датчики, которые, по сути, ведут себя как электрические резисторы. Их преимущества многочисленны и разнообразны. Например, они широко доступны, просты в использовании и доступны по цене, а также легко адаптируются. Обычно они не подходят для измерения высоких температур, но с приличным выходным напряжением они очень эффективны для простых измерений температуры, где они невероятно точны, особенно при этих более низких температурах.

Обычно Термисторы изготовлены из термочувствительной керамики. полупроводящий элемент, который спекается (превращается в твердую массу посредством нагрева) так, чтобы даже при небольших изменениях температуры он может обнаруживать большие сдвиги в сопротивление.Небольшой постоянный (DC) ток проходит через термистор, чтобы можно было измерить падение напряжения. Термисторы NTC нелинейны, так что сопротивление будет уменьшаться при повышении температуры. Стандартная температура термистора обычно составляет 25 ° C при сопротивлении нулевой мощности. Сопротивление Затем Ratio определяет отношение термистора при 125 ° C к этому стандарту. температура 25 ° С. Температура никогда не должна превышать это максимальное значение.

Для чего используются термисторы NTC?

Вообще говоря, термисторы NTC находят применения в регулировании температуры, температурной компенсации и температуре измерения.Чрезвычайно точные и универсальные, их полезность находит их в широком диапазоне применений:

Автомобильная промышленность

Спрос был огромным в автомобильной промышленности, при этом производители используют около 20 термисторов NTC в среднем новом автомобиле. Теперь вы найдете их как компоненты в системы заправки, безопасность, контроль и охлаждение двигателя. Это было особенно важно при изменении нормы выбросов в современных автомобилях.

Производство и промышленность в целом

NTC Термисторные зонды можно найти в любой отрасли промышленности, от химической аналитическое оборудование и ламинирование пластика, вплоть до пайки, горячего склеивания, копировальные аппараты, обработка фотографий и, естественно, безопасность и пожаротушение. защита.Их можно найти в науке лаборатории, от батитермографии до титрования, спектрофотометрии к болометрии.

Из местного населения…

Если вы чувствуете, что ничего из этого не касается вас или вашего в домашних условиях, вы можете быть удивлены, узнав, что в скромная бытовая сигнализация, в вашем кондиционере, духовке, пожарных извещателях … даже ваш холодильник. Если вы когда-нибудь использовали термометр, чтобы измерить температуру вашего ребенка, там был термометр, тоже.

… в потусторонний мир

Термисторы NTC нашли свое применение не только в бытовой, коммерческой и транспортной сферах, но и во всем: от медицины до военных и научных приложений, от ракет до океанографических исследований.Их даже использовали в космических кораблях!

Термисторы NTC удовлетворяют все возможные потребности, и в ATC Semitec у нас есть лидирующий ассортимент надежных и долговечных моделей, предназначенных для выдерживания высоких температур в течение длительных периодов времени. Созданный из различных качественных материалов, доступный в различных исполнениях и полностью настраиваемый, у нас есть термистор, который удовлетворит все возможные требования. Просто свяжитесь с нами по телефону 01606 871 680, и мы рассмотрим варианты и подберем для вас подходящее решение для термистора.

Как использовать устройства защиты от перегрева: Термисторы с NTC микросхемой | Указания по применению

Термисторы NTC представляют собой термочувствительные резистивные элементы, значения сопротивления которых быстро уменьшаются с повышением температуры. Благодаря этому свойству они используются в качестве устройств защиты от перегрева для защиты цепей от перегрева, а также в качестве датчиков температуры. TDK предлагает термисторы SMD NTC различных размеров как под торговой маркой TDK, так и под торговой маркой EPCOS, используя накопленные нами технологии материалов и технологию многослойной обработки.В этой статье описываются применения устройств защиты от перегрева для определения температуры и температурной компенсации.

Преимущества термисторов SMD NTC

Термисторы

NTC представляют собой термочувствительные резистивные элементы из полупроводниковой керамики с отрицательными температурными коэффициентами (NTC). Это означает, что сопротивление экспоненциально уменьшается с ростом температуры. Чем круче кривая RT, тем больше изменение сопротивления в заданном температурном диапазоне.Благодаря этому свойству они часто используются в качестве датчиков температуры, а также в качестве устройств защиты от температуры для таких целей, как измерение температуры и температурная компенсация.

Температурная компенсация — это способность цепи реагировать на изменение температуры и инициировать корректирующие действия для обеспечения стабильной работы (управления) и защиты от перегрева или понижения температуры. Например, работа электронной схемы, использующей транзистор или кристаллический резонатор, становится слегка нестабильной при изменении температуры.Благодаря высокому отрицательному температурному коэффициенту термисторы NTC особенно подходят для компенсации нежелательной реакции схемы на изменения температуры. Два примера — это стабилизация рабочей точки силовой электроники и регулировка яркости ЖК-дисплеев.

Термисторы

NTC доступны во многих различных конструкциях, включая дисковые, стеклянные диоды, выводы с полимерным покрытием и типы SMD. Термисторы SMD NTC, основанные на многослойной технологии, являются первым выбором, когда требуется температурная защита на печатной плате.Ниже приведены примеры применения термисторов SMD NTC в качестве устройств защиты от перегрева для таких целей, как определение температуры и температурная компенсация.
* Термисторы NTC, упомянутые в тексте и схемах, являются термисторами SMD NTC. Также упрощены принципиальные схемы.

Примеры применения термисторов SMD NTC

Пример приложения: определение температуры и температурная компенсация для смартфонов и планшетов

Многие термисторы NTC используются в смартфонах и планшетах для определения температуры и температурной компенсации.

Рис. 1: Основные области применения термисторов NTC для определения температуры и температурной компенсации в смартфонах и планшетах

Базовая схема представляет собой схему деления напряжения с последовательно соединенными термистором NTC и постоянным резистором. Значение сопротивления термистора NTC, размещенного рядом с тепловыделяющей частью, такой как ЦП или силовой модуль, уменьшается с повышением температуры и изменяет выходное напряжение схемы деления напряжения.
Это изменение отправляется в микроконтроллер, чтобы инициировать действия по температурной компенсации и защитить компоненты схемы от перегрева.

Рис.2: Основные схемы для определения температуры и температурной компенсации

Пример приложения: Определение температуры аккумуляторных батарей мобильных устройств

Все перезаряжаемые батареи и, в частности, литий-ионные батареи должны контролироваться и защищаться интеллектуальными цепями зарядки, поскольку устройство мобильной связи, получающее энергию от батарей, должно работать в различных средах, включая работу при низких и высоких температурах.
В качестве предпочтительных устройств для определения температуры в схеме защиты используются термисторы NTC. Термисторы NTC могут определять температуру окружающей среды для различных целей, в зависимости от системы батарей. В частности, для быстрой зарядки необходимо измерять температуру окружающей среды, так как не все батареи допускают зарядку в диапазоне высоких и низких температур. Обычно производители аккумуляторных блоков рекомендуют температуры зарядки от 0 ° C до 45 ° C для медленной зарядки и от 5 ° C, от 10 ° C до 45 ° C для быстрой зарядки в зависимости от химического состава аккумулятора.
Термистор NTC является частью интеллектуального блока управления зарядкой (см. Схему ниже), который гарантирует, что температура окружающей среды находится в диапазоне, допускающем быструю зарядку. Во время зарядки термистор NTC повторно измеряет температуру в течение 5–10 секунд и может обнаруживать повышение температуры аккумуляторного элемента в конце цикла зарядки или вызванное ненормальными условиями зарядки.
Во время разряда термисторы NTC также выполняют температурную компенсацию для измерения напряжения, что помогает измерить оставшийся заряд в батарее.

Рис. 3: Определение температуры аккумуляторных батарей мобильных устройств

Пример приложения: Определение температуры для микроконтроллеров

Микроконтроллеры смартфонов и других устройств должны быть защищены от перегрева для обеспечения надежности их работы. На приведенной ниже схеме показана схема температурной защиты микроконтроллера, в которой используется схема деления напряжения, состоящая из комбинации термистора NTC и постоянных резисторов R S .Когда протекает перегрузка по току, температура термистора NTC повышается, а его сопротивление уменьшается, тем самым подавляя управляющее напряжение микроконтроллера. Для обеспечения эффективной температурной защиты небольшие термисторы и резисторы SMD NTC монтируются либо на печатной плате, либо на теплогенерирующей части.

Рис.4: Определение температуры для микроконтроллеров

Пример применения: Определение температуры для светодиодных систем освещения

Во многих портативных электронных решениях светодиоды широко используются в общем освещении и автомобильном освещении, где высокая яркость становится все более популярной.Решением являются светодиоды высокой яркости (HBLED), которые обладают многочисленными преимуществами по сравнению с обычным освещением, но, как и любые другие полупроводниковые устройства, они выделяют тепло. Следовательно, одной из проблем является управление температурным режимом. Вообще говоря, высококачественные светодиоды — это надежные устройства, которые при правильном обращении могут работать более 100 000 часов. Однако высокие температуры могут значительно сократить срок их службы и негативно повлиять на их яркость. Чтобы гарантировать максимальный срок службы, производители светодиодов обычно рекомендуют начинать снижение номинального тока при температуре от 50 ° C до 80 ° C.Без контроля температуры разработчик должен гарантировать, что температура никогда не превышает рекомендуемый порог снижения мощности светодиода, или ограничить ток резистором до 57% от максимального номинала, что приведет к снижению яркости светодиода. Это делает термисторы NTC предпочтительным выбором для измерения температуры и управления в освещении из-за их привлекательного соотношения цены и качества. Они позволяют использовать светодиоды на полную мощность в течение заданного срока службы, что означает более высокий ток при более низкой температуре окружающей среды и адаптированный более низкий ток при повышении температуры.Это не только увеличивает срок службы светодиода, но и гарантирует хороший световой поток. Для наилучшей работы чувствительный термистор NTC должен быть расположен рядом со светодиодами или в горячей точке платы светодиодов.
Могут использоваться разные топологии в зависимости от конкретных драйверов светодиодов IC. Термистор NTC может работать в сети резисторов, где измеряемое напряжение может косвенно управлять током светодиода, влияя на коэффициент широтно-импульсной модуляции (PWM). Другой вариант показан на схеме ниже. Здесь термистор NTC используется в ветви измерения тока светодиода, чтобы влиять на сигнал обратной связи при более высоких температурах.В этой конфигурации NTC должен быть подключен к источнику постоянного напряжения, например. опорное выходное напряжение, обеспечиваемое драйвером.

Рис.5: Определение температуры для светодиодных систем освещения

Пример приложения: определение температуры для жестких дисков

Жесткий диск, который используется в качестве запоминающего устройства ПК и других интеллектуальных электронных устройств, является термочувствительным устройством, а высокая температура увеличивает вероятность ошибок и сбоев.По этой причине датчик температуры определяет ее температуру, и когда температура превышает определенный порог, включается вентилятор для охлаждения устройства. Точность относительно простой схемы определения температуры, состоящей из термистора NTC и постоянных резисторов, полностью достаточна для защиты жесткого диска и намного более рентабельна, чем схема с использованием ИС датчика температуры. На приведенной ниже схеме показана замена микросхемы датчика температуры на термистор с отрицательным температурным коэффициентом.

Рис.6: Определение температуры для жестких дисков

Пример приложения: Определение температуры для операций записи головки жесткого диска

Запись данных на жесткий диск — это магнитная запись в магнитном слое опорного диска (магнитного диска) с использованием магнетизма, создаваемого катушкой в ​​записывающей головке. Чрезмерное написание может вызвать перегрев головки и отрицательно повлиять на ее элементы. По этой причине схема определения температуры с термистором NTC, как показано на схеме ниже, используется для управления током, протекающим через головку.

Рис.7: Определение температуры для операций записи головки жесткого диска

Пример приложения: Контроль температуры для термопринтеров

Термопринтеры, предназначенные для печати на термобумаге, используются в качестве принтеров чеков кассовых аппаратов POS и принтеров штрих-кодов или этикеток. Температура термоголовки зависит как от насыщенности, так и от толщины напечатанных символов: чем выше температура, тем они темнее и толще.Для поддержания постоянного качества печати напряжение регулируется путем изменения ширины импульса тока, подаваемого на термоголовку, в зависимости от измеренной температуры термоголовки. На схеме ниже показан пример блока схемы определения температуры с использованием термистора NTC.

Рис. 8: Контроль температуры для термопринтеров

Пример применения: Температурная компенсация для ЖК-дисплеев

Контрастность ЖК-дисплеев, которые используются в смартфонах, планшетах и ​​других компактных устройствах, зависит от температуры и изменяется в зависимости от температуры окружающей среды.По этой причине необходимо регулировать напряжение привода в соответствии с температурой окружающей среды. На приведенной ниже схеме показана типичная схема температурной компенсации, в которой используется комбинация термистора NTC и постоянных резисторов.

Рис.9: Температурная компенсация для ЖК-дисплеев

Пример приложения: Температурная компенсация кварцевых генераторов

Кварцевый генератор, использующий кварцевый резонатор, используется в электронных устройствах, таких как ПК, для генерации опорной частоты (тактового сигнала).Как показано на графике ниже, температурные свойства кристаллического резонатора представляют собой кубическую кривую с точкой перегиба при стандартной температуре (в большинстве случаев 25 ° C) и отклонением частоты колебаний (вертикальная ось), которое в значительной степени зависит от температуры. Отклонение частоты колебаний уменьшается за счет включения схем компенсации, температурные свойства которых противоположны кристаллическому резонатору, в каждую из низкотемпературных и высокотемпературных областей. В таких схемах аналоговой компенсации используются термистор NTC, конденсатор и резистор.Кварцевый генератор со схемой внутренней температурной компенсации называется TCXO (кварцевый генератор с температурной компенсацией).

Рис.10: Температурная компенсация кварцевых генераторов

Пример применения: Температурная компенсация для полупроводниковых датчиков давления

Многие пьезорезистивные полупроводниковые датчики давления MEMS используются во многих бытовых приборах, автоматизированных производственных линиях на заводах, в автомобильной промышленности и т. Д.Такие датчики давления состоят из кремниевой подложки, протравленной для создания тонкой полой чувствительной к давлению диафрагмы с четырьмя пьезорезистивными частями (тензодатчиками), подключенными к чувствительным к давлению мостам. Когда диафрагма подвергается давлению со стороны среды, между чувствительными элементами возникает разница в сопротивлении, которая затем генерирует электрический сигнал с обоих концов мостовой схемы.
Пьезорезистивные полупроводниковые датчики давления отличаются небольшими размерами и высокой чувствительностью, но, поскольку чувствительность чувствительных элементов зависит от температуры, необходима компенсационная схема.На приведенной ниже схеме показана схема компенсации с комбинацией термистора NTC и постоянных резисторов. Температурная компенсация осуществляется путем управления напряжением, подаваемым на датчик давления, через зависящее от температуры сопротивление термистора NTC. Также были разработаны различные типы других схем компенсации.

Рис.11: Температурная компенсация полупроводниковых датчиков давления

Пример применения: Тепловая защита полупроводников

Полупроводники необходимо защищать от перегрева во время работы.Термистор NTC размещен на подложке внутри силового модуля для контроля температуры радиатора, на котором установлен модуль (схема). Клеммы термистора NTC будут подключены к компаратору контроллера. Как только сопротивление термистора NTC упадет ниже заданного значения, контроллер снизит мощность через все полупроводники, чтобы снизить температуру внутри корпуса.
Особенно когда в силовых модулях используются полупроводники с широкой запрещенной зоной (GaN или SiC), это приводит к более высоким рабочим температурам по сравнению со стандартным кремнием, и могут потребоваться другие методы монтажа компонентов.В то время как пайка или склейка подходили для стандартного кремния, более высокие рабочие температуры в настоящее время в основном требуют процессов спекания для прикрепления компонентов к DCB (прямое соединение меди) и соединений с золотым, серебряным или алюминиевым проводом, используемым для реализации межсоединения.

Рис.12: Термисторы SMD NTC, установленные на подложке внутри силового модуля

БТИЗ должен быть выключен при достижении температуры перехода, чтобы он не стал слишком горячим и впоследствии не был поврежден.Этот контроль температуры осуществляется термистором NTC, содержащимся в корпусе IGBT.

Связанные страницы

  • ■ Руководство по выбору термисторов Chip NTC

    Найдите для себя оптимальные термисторы NTC для микросхем промышленного и автомобильного качества, исходя из характеристик продукта (для использования с электропроводящими клеями, изделия с медным покрытием для заливки и т. Д.), Области применения и внешних размеров.

Процесс производства термистора

NTC — Информация о термисторе

Входящий контроль

Все сырье после поступления проверяется на соответствие его физическим и электрическим характеристикам. Присваивается уникальный ID #, который используется для отслеживания партии.

Смесь сырьевых материалов

NTC Производство термисторов начинается с точного смешивания сырья с раствором органического связующего.Это сырье представляет собой порошковые оксиды переходных металлов, таких как оксиды марганца, никеля, кобальта и меди. В смесь также добавляются другие стабилизаторы. Оксиды и связующие объединяются с использованием мокрой технологии, называемой шаровой мельницей. В процессе шаровой мельницы материалы смешиваются, и размер частиц оксидных порошков уменьшается. Готовая однородная смесь имеет консистенцию густой кашицы. Точный состав различных оксидов металлов и стабилизаторов определяет термостойкость и удельное сопротивление обожженной керамической детали.

Лента литая

«Суспензия» распределяется по движущемуся пластиковому несущему листу с помощью ракельного ножа. Точная толщина материала контролируется регулировкой высоты ракельного ножа над пластиковым несущим листом, скоростью несущего листа и регулировкой вязкости суспензии. Литой материал сушится, когда он проходит через длинную туннельную печь при повышенных температурах на плоской литейной ленте. Полученная «зеленая» лента пластична и легко поддается формованию.Затем лента подвергается проверке качества и анализу. Эта термисторная лента отливается в широком диапазоне толщин от 0,001 дюйма до более 0,100 дюйма в зависимости от спецификации конкретного компонента.

Формирование пластины

Литая лента готова к формованию вафель. Когда нужен тонкий материал, ленту просто разрезают на небольшие квадраты. Для более толстых пластин ленту разрезают на квадраты, которые затем накладываются друг на друга. Эти уложенные друг на друга пластины затем ламинируются вместе.Это позволяет нам изготавливать пластины практически любой необходимой толщины. Затем пластины проходят дополнительную проверку качества, чтобы гарантировать высокую однородность и качество. Затем пластины подвергаются циклу выгорания связующего. Этот процесс удаляет с пластины большую часть органических связующих. Во время цикла выгорания связующего поддерживается точный контроль времени / температуры, чтобы предотвратить неблагоприятные физические нагрузки на пластины термистора.

Синтер

Пластины нагреваются до очень высоких температур в окислительной атмосфере.При таких высоких температурах оксиды реагируют друг с другом и плавятся вместе, образуя шпинельную керамическую матрицу. В процессе спекания материал уплотняется до заданной степени, и границам зерен керамики дают возможность расти. Во время процесса спекания поддерживается точный температурный профиль, чтобы избежать разрушения пластин и обеспечить производство готовой керамики, способной изготавливать компоненты с однородными электрическими характеристиками. После спекания пластины снова подвергаются контролю качества и документируются электрические и физические характеристики.

Электрод

Омический контакт с керамической пластиной достигается с помощью толстопленочного электродного материала. Материал обычно представляет собой серебро, палладий-серебро, золото или платину в зависимости от области применения. Электродный материал состоит из смеси металла, стекла и различных растворителей и наносится на две противоположные поверхности пластины или чипа трафаретной печатью, распылением или кистью. Электродный материал обжигают керамику в толстопленочной ленточной печи, и между керамикой и электродом образуется электрическое соединение и механическое соединение.Затем металлизированные пластины проверяются и атрибуты документируются. Точный контроль во время процесса электрода гарантирует, что компоненты, изготовленные из пластин, будут иметь исключительную долгосрочную надежность.

Кости

Пластины с электродными термисторами нарезаются на мелкие кусочки с помощью высокоскоростной пилы для резки полупроводников. Пилы используют алмазные диски и способны производить большое количество чрезвычайно однородных штампов. Получающиеся в результате микросхемы термистора могут иметь размер всего 0.От 010 до более чем 1.000 квадратных дюймов. Различия в размерах кристаллов в группе термисторных кристаллов, нарезанных кубиками, практически неизмеримы. Типичная пластина термистора может дать тысячи микросхем термистора. После нарезки стружка очищается и проверяется на предмет габаритных и электрических характеристик. Электрический контроль включает в себя проверку номинального значения сопротивления, характеристик сопротивления и температуры, выхода продукции и определение приемлемости партии для конкретного применения.Сопротивление и термостойкость измеряются с помощью прецизионных термостатов с точностью до 0,001 ° Цельсия. Все испытательное оборудование U.S. Sensor Corp.®, приобретенное Littelfuse в 2017 году, регулярно калибруется и отслеживается N.I.S.T. Кроме того, Littelfuse поддерживает основные стандарты температуры и сопротивления.

Тест на сопротивление

Все термисторы проходят испытания на надлежащее значение сопротивления, обычно 25 ° C. Чипы обычно тестируются автоматически, но также могут быть протестированы вручную в зависимости от произведенного количества и спецификации.Автоматические устройства для обработки микросхем соединены с оборудованием для проверки сопротивления и компьютерами, которые программируются оператором на размещение микросхем в различные ячейки в зависимости от их значения сопротивления. Каждый автоматический стружколом способен с исключительной точностью проверять до 9000 деталей в час. В дополнение к сортировщикам стружки, Littelfuse имеет несколько автоматических манипуляторов с выводами компонентов, которые могут сортировать готовые термисторы на одиннадцать ящиков. Автоматические сортировщики позволяют повысить качество продукции, а также сократить время выполнения заказа и снизить затраты.

Присоединительный элемент

В некоторых случаях термисторы продаются в виде микросхем и не требуют выводных проводов, однако в большинстве случаев требуются выводные провода. Чипы термисторов прикрепляются к выводным проводам пайкой или прижимным контактом в корпусе диодного типа. В процессе пайки микросхемы термисторов загружаются на выводные рамки, которые зависят от натяжения пружин проводов, удерживающих микросхему во время процесса пайки. Затем сборку погружают в ванну с расплавленным припоем и снимают.Скорость погружения и время выдержки точно контролируются, чтобы избежать чрезмерного теплового удара термистора. Также используются специальные флюсы для улучшения характеристик пайки без повреждения микросхемы термистора. Припой прилипает к электроду микросхемы и к подводящему проводу, тем самым обеспечивая прочное соединение провода с микросхемой. Для термисторов в корпусе диодного типа «DO-35» микросхема термистора удерживается между двумя выводами по оси. Стеклянная оболочка помещается вокруг сборки, и сборка нагревается до повышенной температуры, при этом стеклянная оболочка плавится вокруг микросхемы термистора и уплотняется с выводами.Как и в конструкции диода, давление, которое стекло оказывает на узел, обеспечивает необходимый контакт между выводами и микросхемой термистора.

Подводящие провода, используемые в термисторах, обычно сделаны из меди, никеля или сплава и обычно покрыты оловом или припоем. Материал свинцовой проволоки из сплава с низкой теплопроводностью может использоваться в определенных случаях, когда требуется, чтобы термистор был термически изолирован от свинцовой проволоки. В большинстве случаев это позволяет термистору быстрее реагировать на изменения температуры.После присоединения проверяется соединение между выводным проводом и микросхемой. Прочный интерфейс для пайки помогает гарантировать долгосрочную надежность готового термистора.

Инкапсуляция

Для защиты термистора от рабочей атмосферы, влажности, химического воздействия и контактной коррозии термистор с выводами часто покрывается защитным конформным покрытием. Герметик обычно представляет собой эпоксидную смолу с высокой теплопроводностью. Другие герметики включают силикон, керамический цемент, лак, уретан и термоусадочные муфты.Герметик также способствует обеспечению хорошей механической целостности устройства. Температурный отклик термистора учитывается при выборе герметизирующего материала. В приложениях, где важна быстрая тепловая реакция, используется тонкий слой герметика с высокой теплопроводностью. Если защита окружающей среды более важна, можно выбрать другой герметик. Герметизирующие вещества, такие как эпоксидная смола, силикон, керамический цемент, лак и уретан, обычно наносят методом окунания, и материалу дают отверждаться при комнатной температуре или помещают в печь при повышенной температуре.На протяжении всего процесса используются точное время, температура и контроль вязкости, чтобы не допустить появления точечных отверстий или других деформаций.

Прекращение

Термисторы

часто поставляются с клеммами, прикрепленными к концам их выводных проводов. Перед установкой клемм изоляция на подводящих проводах соответствующим образом зачищается, чтобы соответствовать указанной клемме. Эти клеммы прикрепляются к выводным проводам с помощью специально оборудованных аппликационных машин.Впоследствии клеммы могут быть вставлены в пластиковые или металлические корпуса перед отправкой заказчику.

Зонд в сборе

Для защиты окружающей среды или для механических целей термисторы часто залиты в корпусы датчиков. Этот корпус может быть изготовлен из материалов, включая эпоксидную смолу, винил, нержавеющую сталь, алюминий, латунь и пластик. Помимо обеспечения подходящего механического крепления для элемента термистора, корпус защищает его от окружающей среды, которой он будет подвергаться.Правильный выбор свинцового провода, изоляционного материала свинцового провода и материала заливки приведет к удовлетворительному уплотнению между термистором и внешней средой.

Маркировка

Готовый термистор можно маркировать для облегчения идентификации. Это может быть как простая цветная точка, так и более сложная, например код даты и номер детали. В некоторых случаях в материал покрытия корпуса термистора может быть добавлен краситель для получения заданного цвета. Цветная точка обычно добавляется к корпусу термистора путем погружения.Маркировка, требующая буквенно-цифровых символов, производится на маркировочной машине. Эта машина просто маркирует деталь стойкими чернилами. Чернила застывают при повышенной температуре.

Заключительный осмотр

Все выполненные заказы проверяются на предмет физических и электрических дефектов по принципу «нулевого дефекта». Все параметры проверяются и документируются перед отгрузкой продукта.

Упаковка и отгрузка

Все термисторы и узлы тщательно упакованы и помечены этикеткой со штрих-кодом, содержащей, как минимум, следующую информацию:

  1. Littelfuse Каталожный номер
  2. Каталожный номер заказчика
  3. Номер заказа клиента на поставку
  4. Дата отгрузки
  5. Кол-во
  6. Номер заказа на продажу Littelfuse

Термисторы / Измерение температуры с помощью термисторов NTC

Автор: Филип Кейн.

Термисторы (терморезисторы) — это переменные резисторы, зависящие от температуры.Существует два типа термисторов: положительный температурный коэффициент (PTC) и отрицательный температурный коэффициент (NTC). При повышении температуры сопротивление термистора PTC увеличится, а сопротивление термистора NTC уменьшится. Они показывают противоположную реакцию при понижении температуры.

Оба типа термисторов используются в различных областях применения. Однако здесь основное внимание будет уделено использованию термисторов NTC для измерения температуры в приложениях на основе микроконтроллеров.

Характеристики термистора
Следующие параметры термистора NTC можно найти в паспорте производителя.

  • Сопротивление
    Сопротивление термистора при температуре, указанной производителем, часто 25 ° C.

  • Допуск
    Указывает, насколько сопротивление может отличаться от указанного значения. Обычно выражается в процентах (например, 1%, 10% и т. Д.). Например, если указанное сопротивление при 25 ° C для термистора с допуском 10% составляет 10000 Ом, то измеренное сопротивление при этой температуре может находиться в диапазоне от 9000 Ом до 11000 Ом.

  • Константа B (или бета)
    Значение, которое представляет соотношение между сопротивлением и температурой в указанном диапазоне температур. Например, «3380 25/50» означает постоянную бета 3380 в диапазоне температур от 25 ° C до 50 ° C.

  • Допуск на бета-константу
    Допуск на бета-константу в процентах.

  • Диапазон рабочих температур
    Минимальная и максимальная рабочая температура термистора.

  • Тепловая постоянная времени
    Когда температура изменяется, время, необходимое для достижения 63% разницы между старой и новой температурами.

  • Константа теплового рассеяния
    Термисторы подвержены самонагреву при прохождении тока. Это количество энергии, необходимое для повышения температуры термистора на 1 ° C. Он указывается в милливаттах на градус Цельсия (мВт / ° C). Обычно рассеиваемая мощность должна быть низкой, чтобы предотвратить самонагревание.

  • Максимально допустимая мощность
    Максимальная рассеиваемая мощность. Он указывается в ваттах (Вт). Превышение этой спецификации приведет к повреждению термистора.

  • Таблица температур сопротивления
    Таблица значений сопротивления и соответствующих температур в диапазоне рабочих температур термистора. Термисторы работают в относительно ограниченном диапазоне температур, обычно от -50 до 300 ° C в зависимости от типа конструкции и покрытия.

Реакция термистора на температуру

Как и любой резистор, вы можете использовать настройку омметра на мультиметре для измерения сопротивления термистора. Значение сопротивления, отображаемое на вашем мультиметре, должно соответствовать температуре окружающей среды рядом с термистором.Сопротивление изменится в ответ на изменение температуры.

Список деталей Полный комплект с Arduino

Список деталей без Arduino

Рис. 1. Сопротивление термистора изменяется в зависимости от температуры.

На рис. 2 показан отклик термистора NTC в диапазоне от -40 ° C до 60 ° C. Из рисунка видно, что термисторы обладают высокой чувствительностью. Небольшое изменение температуры вызывает большое изменение сопротивления. Также обратите внимание, что реакция этого термистора не линейна.То есть изменение сопротивления при заданном изменении температуры не является постоянным в диапазоне температур термистора.

Рисунок 2: Кривая температурного сопротивления термистора от -40 ° C до 60 ° C

Лист технических данных производителя включает список значений сопротивления термистора и соответствующих температур в его диапазоне. Одно из решений, позволяющих справиться с этой нелинейной реакцией, — это включить в код справочную таблицу, содержащую эти данные о термостойкости. После вычисления сопротивления (будет описано позже) ваш код ищет в таблице соответствующую температуру.

Линеаризация отклика термистора

На аппаратной стороне вы можете линеаризовать отклик термистора, разместив постоянный резистор параллельно или последовательно с ним. Это улучшение будет происходить за счет некоторой точности. Сопротивление резистора должно быть равно сопротивлению термистора в середине интересующего температурного диапазона.

Термистор — комбинация параллельных резисторов

На Рисунке 3 показана S-образная кривая температурного сопротивления, полученная путем размещения резистора 10 кОм параллельно с термистором, сопротивление которого составляет 10 кОм при 25 ° C.Это делает область кривой между 0 ° C и 50 ° C довольно линейной. Обратите внимание, что максимальная линейность находится примерно в средней точке, которая находится при 25 ° C.

Рис. 3. Кривая температурного сопротивления комбинации термистора и параллельного резистора.

Термистор — комбинация последовательных резисторов (делитель напряжения)

Обычно микроконтроллеры собирают аналоговые данные через аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Вы не можете напрямую прочитать сопротивление термистора с помощью АЦП.Последовательная комбинация термистора и резистора, показанная на рисунке 4, представляет собой простое решение в виде делителя напряжения.

Рисунок 4: Термисторный делитель напряжения.

Для расчета выходного напряжения делителя напряжения используется следующая формула:

Vo = Vs * (R0 / (Rt + R0))

Линеаризованная кривая температура-напряжение на рисунке 5 показывает изменение выходного напряжения Vo делителя напряжения в ответ на изменение температуры. Напряжение источника Vs составляет 5 вольт, сопротивление термистора Rt составляет 10 кОм при 25 ° C, а сопротивление последовательного резистора R0 составляет 10 кОм.Подобно комбинации параллельного резистора и термистора, описанной выше, эта комбинация имеет максимальную линейность около средней точки кривой, которая находится при 25 ° C.

Рисунок 5: График зависимости температуры от напряжения.

Обратите внимание, что, поскольку Vs и R0 постоянны, выходное напряжение определяется Rt. Другими словами, делитель напряжения преобразует сопротивление термистора (и, следовательно, температуру) в напряжение. Идеально подходит для ввода в АЦП микроконтроллера.

Преобразование данных АЦП в температуру путем определения сначала сопротивления термистора.

Чтобы преобразовать данные АЦП в температуру, сначала найдите сопротивление термистора, а затем используйте его для определения температуры.

Вы можете изменить приведенное выше уравнение делителя напряжения, чтобы найти сопротивление термистора Rt:

Rt = R0 * ((Vs / Vo) — 1)

Если опорное напряжение АЦП (Vref) и напряжение источника делителя напряжения (Vs) одинаковы, то верно следующее:

adcMax / adcVal = Vs / Vo

То есть отношение входного напряжения делителя напряжения к выходному напряжению такое же, как отношение значения полного диапазона АЦП (adcMax) к значению, возвращаемому АЦП (adcVal).Если вы используете 10-битный АЦП, тогда adcMax равно 1023.

Рисунок 6: Схема делителя напряжения и АЦП с общим опорным напряжением.

Теперь вы можете заменить соотношение напряжений соотношением значений АЦП в уравнении, которое необходимо решить для Rt:

Rt = R0 * ((adcMax / adcVal) — 1)

Например, предположим, что термистор с сопротивлением 10 кОм при 25 ° C, 10-битный АЦП и adcVal = 366.

Rt = 10,000 * ((1023/366) — 1)
= 10,000 * (2,03)
= 17,951 Ом

После вычисления значения Rt вы можете использовать справочную таблицу, содержащую данные температурного сопротивления для вашего термистора, чтобы найти соответствующую температуру.Расчетное сопротивление термистора в приведенном выше примере соответствует температуре приблизительно 10 ° C.

9 18,670
10 17,926
11 17,214

Лист технических данных производителя может не включать все значения температурного сопротивления термистора или у вас может не хватить памяти для включения всех значений в справочную таблицу. В любом случае вам нужно будет включить код для интерполяции между перечисленными значениями.

Прямое вычисление температуры

В качестве альтернативы для расчета температуры можно использовать уравнение, которое аппроксимирует кривую температурной характеристики термистора.3

Производитель может или не может предоставить значения для коэффициентов A, B и C. В противном случае они могут быть получены с использованием данных измерения температурной устойчивости. Однако это выходит за рамки данной статьи. Вместо этого мы будем использовать более простое уравнение параметра бета (или B), показанное ниже. Хотя оно не так точно, как уравнение Стейнхарта-Харта, оно все же дает хорошие результаты в более узком температурном диапазоне.

1 / T = 1 / T0 + 1 / B * ln (R / R0)

Переменная T — это температура окружающей среды в Кельвинах, T0 — обычно комнатная температура, также в Кельвинах (25 ° C = 298.15K), B — постоянная бета, R — сопротивление термистора при температуре окружающей среды (такое же, как Rt выше), а R0 — сопротивление термистора при температуре T0. Значения T0, B и R0 можно найти в паспорте производителя. Вы можете рассчитать значение R, как описано ранее для Rt.

Если напряжение источника делителя напряжения и Vref одинаковы, вам не нужно знать R0 или находить R для расчета температуры. Помните, что вы можете записать уравнение для сопротивления термистора через отношение значений АЦП:

R = R0 * ((adcMax / adcVal) — 1)

, тогда:

1 / T = 1 / T0 + 1 / B * ln (R0 * ((adcMax / adcVal) — 1) / R0)

R0 отменяет, что оставляет:

1 / T = 1 / T0 + 1 / B * ln ((adcMax / adcVal) — 1)

Возьмите результат, обратный результату, чтобы получить температуру в Кельвинах.

Например, предположим, что цепь термисторного делителя напряжения подключена к 10-битному АЦП. Константа бета для термистора составляет 3380, сопротивление термистора (R0) при 25 ° C составляет 10 кОм, а АЦП возвращает значение 366.

1 / T = 1 / 298,15 + 1/3380 * ln ((1023/366) — 1)
1 / T = 0,003527
T = 283,52K — 273,15K = 10,37 ° C

Пример: простой регистратор температуры на базе Arduino

На рисунке 7 показан простой регистратор температуры, состоящий из Arduino Uno SBC и термисторного делителя напряжения (справа).Выход делителя напряжения подключен к внутреннему 10-битному АЦП Arduino через один из аналоговых выводов. Arduino получает значение АЦП, вычисляет температуру и отправляет ее на последовательный монитор для отображения.

Рисунок 7: Схема регистратора температуры Arduino.

В следующем эскизе Arduino используется уравнение параметра B для расчета температуры. Функция getTemp выполняет большую часть работы. Он считывает аналоговый вывод несколько раз и усредняет значения АЦП. Затем он вычисляет температуру в градусах Кельвина, преобразует ее в градусы Цельсия и Фаренгейта и возвращает все три значения в основной цикл.Основной цикл многократно вызывает getTemp с двухсекундной задержкой между вызовами. Он отправляет значения температуры, возвращаемые getTemp, на последовательный монитор.

Рисунок 8: Снимок экрана с выходными данными регистратора температуры.

Загрузите пример кода здесь.

недействительным getTemp (float * t)
{

    // Преобразует входной сигнал термисторного делителя напряжения в значение температуры.
    // Делитель напряжения состоит из термистора Rt и последовательного резистора R0.
    // Значение R0 равно сопротивлению термистора при T0.// Вы должны установить следующие константы:
    // adcMax (значение полного диапазона АЦП)
    // analogPin (аналоговый входной контакт Arduino)
    // invBeta (инверсия значения бета термистора, предоставленного производителем).
    // Используйте с этим модулем эталонное напряжение Arduino по умолчанию (5 В или 3,3 В).
    //

  const int analogPin = 0; // заменяем 0 аналоговым выводом
  const float invBeta = 1.00 / 3380.00; // заменяем "Beta" на beta термистора

  const float adcMax = 1023.00;
  const float invT0 = 1,00 / 298,15; // комнатная температура в Кельвинах

  int adcVal, i, numSamples = 5;
  поплавок K, C, F;

  adcVal = 0;
  для (i = 0; i
  Ошибка измерения и разрешение АЦП  

Существует ряд факторов, которые могут способствовать ошибке измерения. Например, термистор и последовательные резисторы могут отличаться от своих номинальных значений (в указанных пределах допуска), или может быть ошибка из-за самонагрева термистора, или шумная электрическая среда может привести к колебаниям на входе АЦП [6].

Ниже приведены несколько предложений по уменьшению погрешности измерения. Это предполагает, что вы используете уравнение параметра B.

Разрешение АЦП

В лучшем случае температура в приведенном выше примере является точной с точностью до 0,1 ° C. Это связано с ограничением из-за разрешения АЦП.

АЦП не чувствителен к изменениям напряжения между шагами. Для 10-битного АЦП наименьшее изменение напряжения, которое можно измерить, составляет Vref / 1023. Это разрешение АЦП по напряжению.Если Vref составляет 5 В, разрешение по напряжению составляет 4,89 мВ. Предполагая, что T0 составляет 25 ° C, наименьшее изменение температуры, которое может быть обнаружено при 25 ° C, составляет ± 0,1 ° C. Это температурное разрешение при 25 ° C. Это означает, что изменение младшего бита вызовет скачок отображаемой температуры на 0,1 ° C. Этот скачок связан с разрешением АЦП, а не с ошибкой измерения.

АЦП Выход Температура
511
512
513
0111111111
1000000000
1000000001
24.95 ° C
25,05 ° C
25,15 ° C

Если вам нужно лучшее разрешение, существуют методы (например, передискретизация [1]), которые вы можете использовать для увеличения эффективного разрешения АЦП вашего микроконтроллера или вы можете использовать внешний АЦП. с более высоким разрешением.

Ссылки

  1. AVR121: Повышение разрешения АЦП за счет передискретизации
    http://www.atmel.com/Images/doc8003.pdf
  2. Как найти выражение для бета-версии
    http://www.zen22142.zen.co.uk / ronj / tyf.html
  3. Измерение температуры с помощью термистора и Arduino
    http://web.cecs.pdx.edu/~eas199/B/howto/thermistorArduino/thermistorArduino.pdf
  4. Термистор
    https://en.wikipedia.org/wiki/Thermistor
  5. Учебное пособие по термистору
    http://www.radio-electronics.com/info/data/resistor/thermistor/thermistor.php
  6. Понимание и минимизация ошибок преобразования АЦП
    http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/9d/56/66/74/4e/97/48/93/CD00004444.pdf / files / CD00004444.pdf / jcr: content / translations / en.CD00004444.pdf

Если у вас есть история об электронике, которой вы хотите поделиться, отправьте ее по адресу [адрес электронной почты защищен].
Почти два десятилетия Фил Кейн был техническим писателем в индустрии программного обеспечения и иногда писал статьи для журналов для любителей электроники. Он имеет степень бакалавра электронных технологий и информатику. Фил всю жизнь интересовался наукой, электроникой и исследованием космоса.Ему нравится конструировать и конструировать электронные устройства, и он очень хотел бы однажды увидеть хотя бы одно из этих устройств на пути к Луне или Марсу.

NTC Термисторы и резистивные датчики температуры (RTD)

И термисторы, и резистивные датчики температуры (RTD) представляют собой типы резисторов, значения сопротивления которых предсказуемо изменяются при изменении их температуры. Большинство RTD состоят из элемента, изготовленного из чистого металла (чаще всего используется платина) и защищенного внутри зонда или оболочки или встроенного в керамическую подложку.

Термисторы состоят из композиционных материалов, обычно оксидов металлов, таких как марганец, никель или медь, а также связующих веществ и стабилизаторов.

В последние годы термисторы становятся все более популярными благодаря усовершенствованию счетчиков и контроллеров. Современные измерители достаточно гибкие, чтобы позволить пользователям устанавливать широкий диапазон термисторов и легко менять зонды.

Однако, в отличие от термометров сопротивления, которые предлагают установленные стандарты, кривые термисторов различаются в зависимости от производителя.Системная электроника термистора должна соответствовать характеристике датчика.

В то время как в RTD существует положительная корреляция между сопротивлением и температурой (при повышении температуры сопротивление также увеличивается), в термисторах с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) сохраняется обратная зависимость (сопротивление уменьшается с увеличением температуры). Связь между температурой и сопротивлением линейна для RTDS, но для термисторов NTC она экспоненциальна и может быть нанесена на график.

И RTD, и термисторы NTC требуют источника тока или возбуждения, и оба подходят для использования в приложениях, требующих:

  • точность
  • хорошая долговременная стабильность
  • Устойчивость к электрическим помехам в окружающей среде
Диапазон: В отличие от RTD, термисторы могут контролировать только меньший диапазон температуры. В то время как некоторые RTD могут нагреваться до 600 ° C, термисторы могут измерять только до 130 ° C.

Если в вашем приложении используются температуры выше 130 ° C, единственным вариантом является датчик RTD.

Стоимость: Термисторы довольно недорогие по сравнению с RTD. Если температура вашего применения соответствует доступному диапазону, термисторы, вероятно, являются лучшим вариантом.

Однако термисторы с расширенным температурным диапазоном и / или функциями взаимозаменяемости часто дороже, чем термометры сопротивления.

Чувствительность: И термисторы, и RTD реагируют на изменения температуры с предсказуемыми изменениями сопротивления. Однако термисторы изменяют сопротивление на десятки Ом на градус по сравнению с меньшим числом Ом для датчиков RTD.Таким образом, с помощью соответствующего измерителя пользователь может получить более точные показания.

Время срабатывания термистора также лучше, чем у термометров сопротивления, поскольку они обнаруживают изменения температуры намного быстрее. Чувствительная область термистора может быть размером с булавочную головку, что обеспечивает более быструю обратную связь.

Точность: Хотя лучшие RTD имеют такую ​​же точность, что и термисторы, RTD добавляют системе сопротивление. Использование длинных кабелей может привести к выходу показаний за пределы допустимого уровня ошибок.

Чем больше термистор, тем выше значение сопротивления датчика.Если вы имеете дело с большими расстояниями и нет возможности добавить передатчик, термистор — лучшее решение.

Тип сенсора Термистор RTD
Диапазон температур (стандартный) от -100 до 325 ° C от -200 до 650 ° C
Точность (типовая) от 0,05 до 1,5 ° C от 0,1 до 1 ° C
Долговременная стабильность при 100 ° C 0.2 ° C / год 0,05 ° C / год
Линейность Экспоненциальная Довольно линейный
Требуемая мощность Постоянное напряжение или ток Постоянное напряжение или ток
Время отклика Быстро от 0,12 до 10 с Обычно медленно от 1 до 50 с
Восприимчивость к электрическому шуму Редко восприимчивые только с высоким сопротивлением Редко восприимчивые
Стоимость От низкого до среднего Высокая

Заключение:

Основное различие между термисторами и RTD — это диапазон температур.Если ваше приложение связано с температурами выше 130 ° C, RTD — ваш единственный вариант.

Ниже этой температуры термисторы часто предпочтительнее, когда важна точность. С другой стороны, RTD выбираются, когда важен допуск (т.е. сопротивление). Вкратце: термисторы лучше подходят для точных измерений, а RTD — для температурной компенсации.

Техническое обучение Техническое обучение Термисторы

NTC — радиальные выводы | Термометрия

Описание

Thermometrics предлагает согласованные по точкам термисторы с радиальными выводами и дисками с неизолированными выводами для широкого диапазона систем материалов.

термистора НТК диска радиальных выводов НТК
Термисторы NTC с радиальным выводом Приложения Описание
Термометрия — Тип РЛ10 «Подходит для измерения, контроля и компенсации температуры. Подходит для монтажа на печатных платах и ​​датчиках» Дисковый термистор с точечным соединением с неизолированными выводами.
Термометрия — Диск без покрытия с радиальными выводами Термисторы NTC Тип RL14 «Подходит для измерения, контроля и компенсации температуры. Подходит для монтажа на печатных платах и ​​датчиках» Дисковый термистор с точечным соединением с неизолированными выводами.
Термометрия — Диск без покрытия с радиальными выводами Термисторы NTC Тип RL20 «Подходит для измерения, контроля и компенсации температуры. Подходит для монтажа на печатных платах и ​​датчиках» Дисковый термистор с точечным соединением с неизолированными выводами.
Термометрия — Диск без покрытия с радиальными выводами Термисторы NTC Тип RL30 «Подходит для измерения, контроля и компенсации температуры. Подходит для монтажа на печатных платах и ​​датчиках» Дисковый термистор с точечным соединением с неизолированными выводами.
Термометрия — Диск без покрытия с радиальными выводами Термисторы NTC Тип RL35 / 40/45 «Подходит для измерения, контроля и компенсации температуры. Подходит для монтажа на печатных платах и ​​датчиках» Дисковый термистор с точечным соединением с неизолированными выводами.
Термометрия — Диск без покрытия с радиальными выводами Термисторы NTC Тип SA «Подходит для измерения, контроля и компенсации температуры. Подходит для монтажа на печатных платах и ​​датчиках» Сменный термистор с неизолированными выводами.

От Amphenol Advanced Sensors | Thermometrics, Inc.

.
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *