Как да изберем правилния термистор за температурен датчик?

Когато се сблъскате с хиляди видове NTC термистори, изборът на правилния може да бъде доста съкрушителен. В тази техническа статия, Ще ви преведа през някои от важните параметри, които трябва да имате предвид, когато избирате термистор. Това е особено вярно, когато избирате между двата често срещани типа термистори, използвани за измерване на температурата: NTC термистори с отрицателен температурен коефициент или линейни термистори на базата на силиций. NTC термисторите са широко използвани поради ниската си цена, но предлагат по-ниска точност при екстремни температури. Базираните на силиций линейни термистори предлагат по-добра производителност и по-висока точност в по-широк температурен диапазон, но като цяло са по-скъпи. Както ще видим по-долу, други линейни термистори идват на пазара, които предлагат по-рентабилни, опции с висока производителност. Помощ за справяне с широк спектър от нужди за измерване на температурата, без да се увеличава общата цена на решението.

Избор на правилната сонда за измерване на температурата

Избор на правилния NTC термистор за температурен сензор

Избор на правилния NTC термисторен сензор

Правилният термистор за вашето приложение ще зависи от много параметри, като например:
· Списък на материалите (BOM) цена;
· Толерантност към съпротивление;
· Точки за калибриране;
· Чувствителност (промяна на съпротивлението на градус Целзий);
· Самонагряване и дрейф на сензора;

BOM цена
Самите термистори не са скъпи. Тъй като те са дискретни, техният спад на напрежението може да бъде променен чрез използване на допълнителна схема. например, ако използвате нелинеен NTC термистор и искате линеен спад на напрежението в устройството, можете да изберете да добавите допълнителен резистор, за да постигнете тази характеристика. Въпреки това, друга алтернатива, която може да намали BOM и общата цена на решението, е използването на линеен термистор, който сам по себе си осигурява желания спад на напрежението. Добрата новина е, че с нашето ново семейство линейни термистори, и двете са възможни. Това означава, че инженерите могат да опростят дизайна, намаляване на системните разходи, и намаляване на печатната платка (PCB) размер на оформлението поне с 33%.

Толерантност към съпротивление
Термисторите се категоризират според тяхната толерантност на съпротивление при 25°C, но това не описва напълно как се променят в зависимост от температурата. Можете да използвате минимума, типичен, и максимални стойности на съпротивление, предоставени в устройството съпротивление vs. температура (R-T) таблица в инструмент за проектиране или лист с данни за изчисляване на толеранса за специфичен температурен диапазон от интерес.

За да илюстрира как се променят допуските с термисторната технология, нека сравним NTC и нашия базиран на силиций TMP61 термистор. И двата са оценени за ±1% толеранс на съпротивление. Фигура 1 илюстрира, че толерансът на съпротивлението на двете устройства се увеличава, когато температурата се отдалечава от 25°C, но има голяма разлика между двете при екстремни температури. Важно е да изчислите тази разлика, за да можете да изберете устройство, което поддържа по-нисък толеранс в температурния диапазон от интерес.

Как да изберете правилния термистор за вашия температурен сензор

Фигура 1: Толерантност към съпротивление: NTC срещу. TMP61

Точки за калибриране
Ако не знаете къде е термисторът в границите на допустимото му съпротивление, това ще влоши производителността на системата, защото имате нужда от по-голяма граница на грешка. Калибрирането ще ви каже каква стойност на съпротивлението да очаквате, което може да ви помогне да намалите значително границата на грешка. Въпреки това, това е допълнителна стъпка в производствения процес, така че калибрирането трябва да бъде сведено до минимум.

Броят на точките за калибриране зависи от вида на използвания термистор и температурния диапазон на приложението. За тесни температурни диапазони, една точка на калибриране е подходяща за повечето термистори. За приложения, които изискват широк температурен диапазон, имате два варианта: 1) калибрирайте три пъти с NTC (това се дължи на тяхната ниска чувствителност при екстремни температури и по-висок толеранс на устойчивост). или 2) калибрирайте веднъж с линеен термистор на базата на силиций, което е по-стабилно от NTC.

Чувствителност
Голяма промяна в съпротивлението на градус Целзий (чувствителност) е само едно от предизвикателствата, когато се опитвате да получите добра точност от термистор. Въпреки това, освен ако не получите стойността на съпротивлението точно в софтуера, или чрез калибриране, или чрез избор на термистор с ниско съпротивление, голяма чувствителност няма да помогне.

NTC имат много висока чувствителност при ниски температури, тъй като тяхната стойност на съпротивление намалява експоненциално, но те също намаляват драстично с повишаване на температурата. Базираните на силиций линейни термистори нямат същата висока чувствителност като NTC, така че те осигуряват стабилни измервания в целия температурен диапазон. С повишаване на температурата, чувствителността на базираните на силиций линейни термистори обикновено надвишава тази на NTC при около 60°C.

Самонагряване и дрейф на сензора
Термисторите разсейват енергията като топлина, което може да повлияе на тяхната точност на измерване. Количеството разсеяна топлина зависи от много параметри, включително състава на материала и тока, протичащ през устройството.

Дрейфът на сензора е количеството, което термисторът се отклонява с течение на времето, обикновено се посочва в листа с данни чрез ускорен тест за живот, даден като процентна промяна в стойността на съпротивлението. Ако вашето приложение изисква дълъг живот с постоянна чувствителност и точност, изберете термистор с ниско самонагряване и малък дрейф на сензора.

Така че кога трябва да използвате силициев линеен термистор като TMP61 вместо NTC?
Гледане на масата 1, можете да го видите на същата цена, можете да се възползвате от линейността и стабилността на силициевия линеен термистор в почти всяка ситуация в рамките на определения работен температурен диапазон на силициевия линеен термистор. Силиконовите линейни термистори също се предлагат в търговски и автомобилни версии и в стандарта 0402 и 0603 пакети, общи за NTC устройства за повърхностен монтаж.

Таблица 1: NTC срещу. TI силициеви линейни термистори

За пълна R-T таблица за TI термистори и лесен метод за преобразуване на температурата с примерен код, изтеглете нашия инструмент за проектиране на термистор.