كيفية اختيار الثرمستور الصحيح لجهاز استشعار درجة الحرارة?

عندما تواجه الآلاف من أنواع الثرمستور NTC, يمكن أن يكون اختيار الخيار المناسب أمرًا ساحقًا للغاية. في هذه المقالة التقنية, سأرشدك عبر بعض المعلمات المهمة التي يجب وضعها في الاعتبار عند اختيار الثرمستور. وينطبق هذا بشكل خاص عند الاختيار بين النوعين الشائعين من الثرمستورات المستخدمة لاستشعار درجة الحرارة: معامل درجة الحرارة السلبية الثرمستورات NTC أو الثرمستورات الخطية القائمة على السيليكون. تستخدم الثرمستورات NTC على نطاق واسع بسبب سعرها المنخفض, ولكنها تقدم دقة أقل في درجات الحرارة القصوى. توفر الثرمستورات الخطية القائمة على السيليكون أداءً أفضل ودقة أعلى على نطاق أوسع من درجات الحرارة, ولكنها بشكل عام أكثر تكلفة. كما سنرى أدناه, يتم طرح الثرمستورات الخطية الأخرى في السوق والتي توفر فعالية أكبر من حيث التكلفة, خيارات عالية الأداء. المساعدة في تلبية مجموعة واسعة من احتياجات استشعار درجة الحرارة دون زيادة التكلفة الإجمالية للحل.

اختيار المسبار المناسب لاستشعار درجة الحرارة

اختيار الثرمستور NTC المناسب لمستشعر درجة الحرارة

اختيار مستشعر الثرمستور NTC المناسب

يعتمد الثرمستور المناسب لتطبيقك على العديد من المعلمات, مثل:
· فاتورة المواد (بوم) يكلف;
· التسامح المقاومة;
· نقاط المعايرة;
· الحساسية (التغير في المقاومة لكل درجة مئوية);
· التسخين الذاتي وحساس الانجراف;

تكلفة قائمة المواد
الثرمستورات نفسها ليست باهظة الثمن. لأنها منفصلة, يمكن تغيير انخفاض الجهد الخاص بهم باستخدام دوائر إضافية. على سبيل المثال, إذا كنت تستخدم الثرمستور NTC غير الخطي وتريد انخفاض الجهد الخطي عبر الجهاز, قد تختار إضافة مقاوم إضافي للمساعدة في تحقيق هذه الخاصية. لكن, البديل الآخر الذي يمكنه تقليل قائمة مكونات الصنف (BOM) والتكلفة الإجمالية للحل هو استخدام الثرمستور الخطي الذي يوفر انخفاض الجهد المطلوب من تلقاء نفسه. والخبر السار هو أنه مع عائلة الثرمستور الخطي الجديدة لدينا, كلاهما ممكن. وهذا يعني أن المهندسين يمكنهم تبسيط التصاميم, تقليل تكاليف النظام, وتقليل لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) حجم التخطيط على الأقل 33%.

التسامح المقاومة
يتم تصنيف الثرمستورات حسب تحمل المقاومة عند 25 درجة مئوية, ولكن هذا لا يصف بشكل كامل كيفية تغيرها مع درجة الحرارة. يمكنك استخدام الحد الأدنى, عادي, وقيم المقاومة القصوى المقدمة في مقاومة الجهاز مقابل. درجة حرارة (ر-ت) جدول في أداة تصميم أو ورقة بيانات لحساب التسامح عبر نطاق درجة حرارة محدد محل الاهتمام.

لتوضيح كيف تتغير التفاوتات مع تكنولوجيا الثرمستور, دعونا نقارن NTC والثرمستور TMP61 القائم على السيليكون. تم تصنيف كلاهما بتحمل مقاومة بنسبة ±1%. شكل 1 يوضح أن تحمل المقاومة لكلا الجهازين يزداد كلما ابتعدت درجة الحرارة عن 25 درجة مئوية, ولكن هناك فرق كبير بين الاثنين في درجات الحرارة القصوى. من المهم حساب هذا الاختلاف حتى تتمكن من اختيار جهاز يحافظ على تسامح أقل مع نطاق درجة الحرارة محل الاهتمام.

كيفية اختيار الثرمستور المناسب لجهاز استشعار درجة الحرارة الخاص بك

شكل 1: التسامح المقاومة: إن تي سي مقابل. تمب61

نقاط المعايرة
إن عدم معرفة مكان وجود الثرمستور ضمن نطاق تحمل المقاومة الخاص به سيؤدي إلى انخفاض أداء النظام لأنك تحتاج إلى هامش خطأ أكبر. ستخبرك المعايرة بقيمة المقاومة المتوقعة, والتي يمكن أن تساعدك على تقليل هامش الخطأ بشكل كبير. لكن, إنها خطوة إضافية في عملية التصنيع, لذلك ينبغي أن تبقى المعايرة إلى الحد الأدنى.

يعتمد عدد نقاط المعايرة على نوع الثرمستور المستخدم ونطاق درجة حرارة التطبيق. لنطاقات درجات الحرارة الضيقة, نقطة معايرة واحدة مناسبة لمعظم الثرمستورات. للتطبيقات التي تتطلب نطاقًا واسعًا من درجات الحرارة, لديك خياران: 1) معايرة ثلاث مرات مع NTC (ويرجع ذلك إلى حساسيتها المنخفضة في درجات الحرارة القصوى وتحملها العالي للمقاومة). أو 2) معايرة مرة واحدة مع الثرمستور الخطي القائم على السيليكون, وهو أكثر استقرارًا من NTC.

حساسية
تغير كبير في المقاومة لكل درجة مئوية (حساسية) يعد ذلك أحد التحديات التي تواجه محاولة الحصول على دقة جيدة من الثرمستور. لكن, إلا إذا حصلت على قيمة المقاومة بشكل صحيح في البرنامج, إما من خلال المعايرة أو عن طريق اختيار الثرمستور ذو المقاومة المنخفضة, الحساسية الكبيرة لن تساعد.

تتمتع NTCs بحساسية عالية جدًا عند درجات الحرارة المنخفضة لأن قيمة مقاومتها تنخفض بشكل كبير, لكنها تنخفض أيضًا بشكل كبير مع ارتفاع درجة الحرارة. لا تتمتع الثرمستورات الخطية القائمة على السيليكون بنفس الحساسية العالية مثل NTCs, لذلك فهي توفر قياسات مستقرة على نطاق درجة الحرارة بأكمله. مع ارتفاع درجة الحرارة, عادة ما تتجاوز حساسية الثرمستورات الخطية القائمة على السيليكون حساسية NTCs عند حوالي 60 درجة مئوية..

التسخين الذاتي وانحراف المستشعر
تعمل الثرمستورات على تبديد الطاقة على شكل حرارة, والتي يمكن أن تؤثر على دقة القياس الخاصة بهم. تعتمد كمية الحرارة المتبددة على العديد من العوامل, بما في ذلك تكوين المواد والتيار المتدفق عبر الجهاز.

انجراف المستشعر هو مقدار انجراف الثرمستور بمرور الوقت, يتم تحديده عادةً في ورقة البيانات عبر اختبار الحياة المتسارع الذي يُعطى كنسبة مئوية للتغير في قيمة المقاومة. إذا كان تطبيقك يتطلب عمرًا طويلًا مع حساسية ودقة متسقة, اختر الثرمستور ذو التسخين الذاتي المنخفض وانحراف المستشعر الصغير.

إذن متى يجب عليك استخدام الثرمستور الخطي السيليكوني مثل TMP61 عبر NTC?
النظر إلى الجدول 1, يمكنك أن ترى ذلك بنفس السعر, يمكنك الاستفادة من الخطية والاستقرار للثرمستور الخطي السيليكوني في أي موقف تقريبًا ضمن نطاق درجة حرارة التشغيل المحدد للثرمستور الخطي السيليكوني. تتوفر أيضًا الثرمستورات الخطية المصنوعة من السيليكون في الإصدارات التجارية وإصدارات السيارات وفي المعيار 0402 و 0603 الحزم المشتركة لأجهزة NTCs المثبتة على السطح.

طاولة 1: إن تي سي مقابل. الثرمستورات الخطية السيليكونية TI

للحصول على جدول R-T كامل لثرمستورات TI وطريقة سهلة لتحويل درجة الحرارة مع رمز المثال, قم بتنزيل أداة تصميم الثرمستور الخاصة بنا.