Китайска персонализирана NTC сензорна сонда и кабел

Сензорната сонда и кабелът са формата на опаковката на сензора, което е най-основната единица на сензора. Сензорът е опакован чрез разумна електронна схема и външна структура на опаковката. Има някои независими функционални компоненти, от които се нуждаем. Като сензора, обикновено се разделя на: NTC термисторна сонда, PT100 сонда, PT1000 сонда, Ds18b20 сонда, сонда за температура на водата, автомобилна сензорна сонда, RTD сонда, сонда за контрол на температурата, сонда за регулиране на температурата, сензорна сонда за домакински уреди, и т.н.

Сензорна сонда ds18b20 с кабел

Сонда за контрол на температурата с кабел

PT100 сензор за температура с кабел

Структура на NTC сонда, базирана на прогнозиране на температурата и нейния метод за измерване на температурата, сондата включва: множество NTC сонди; медна обвивка; метална опорна конструкция, проводник и топлопроводник.
стъпка 1, сред m NTC сонди, получи температурите T0, Т1, …, Tn, измерен на равни интервали от време през всяка NTC сонда, където n представлява серийния номер на събраната температура;
стъпка 2, изчислете температурната разлика vn=TnTn1, събрана при съседни моменти на измерване на температурата;
стъпка 3, изчисляване на параметъра α=vn/vn1;
стъпка 4, изчислете прогнозираната температура Tp=Tn1+vn/(1а) на една сонда;
стъпка 5, изчисляване на измерената температура Tb. Настоящото изобретение може допълнително да намали грешката и има добра обща приложимост.

Пълен анализ на термистори!

🤔 Знаете ли какво е термистор? Това е малък експерт в електронните схеми!

👍 Термистори, с прости думи, са вид чувствителен елемент, който може да регулира стойността на съпротивлението си според температурните промени.

🔥 Термистор с положителен температурен коефициент (PTC), Когато температурата се повиши, неговата стойност на съпротивление ще се увеличи значително. Тази функция го кара да блести във вериги за автоматично управление!

Сензор за температура на водата с кабел

BBQ сонда фурна NTC сензор с кабел

NTC сензорна сонда и кабел

❄️ Термисторът с отрицателен температурен коефициент (NTC) е обратното, като съпротивлението намалява при повишаване на температурата. В домакинските уреди, често се използва за плавен старт, вериги за автоматично откриване и управление.

💡 Вече имате по-задълбочено разбиране за термисторите! В електронния свят, това е незаменима роля!

1. Въведение в NTC
NTC термисторът е термистор, кръстен на акронима на отрицателния температурен коефициент. Обикновено, срокът “термистор” се отнася за NTC термистори. Открит е от Майкъл Фарадей, който по това време изучаваше сребърни сулфидни полупроводници, в 1833, и комерсиализиран от Самуел Рубен през 30-те години на миналия век. NTC термисторът е оксидна полупроводникова керамика, съставена от манган (Мн), никел (В) и кобалт (Co).
Може да се види навсякъде в живота ни. Поради характеристиката, че съпротивлението намалява с повишаване на температурата, не се използва само като устройство за измерване на температурата в термометри и климатици, или устройство за контрол на температурата в смартфони, чайници и ютии, но също така се използва за контрол на тока в захранващото оборудване. Напоследък, тъй като степента на електрификация на превозното средство нараства, термисторите се използват все повече в автомобилните продукти.

2. Принцип на работа
Общо взето, съпротивлението на металите се увеличава с повишаване на температурата. Това е така, защото топлината усилва вибрациите на решетката, и средната скорост на движение на свободните електрони намалява съответно.

В контраст, делът на свободните електрони и дупките в полупроводниците се увеличава поради топлопроводимостта, и тази част е по-голяма от пропорцията на частта, където скоростта намалява, така че стойността на съпротивлението намалява.

Освен това, поради наличието на забранена зона в полупроводниците, при външно нагряване, електроните във валентната зона се преместват в зоната на проводимост и провеждат електричество. С други думи, стойността на съпротивлението намалява с повишаване на температурата.

3. Основни характеристики
3.1 Съпротивление-температурни характеристики (R-T характеристики)
Стойността на съпротивлението на NTC термистор се измерва при ток с достатъчно ниско самонагряване (топлина, генерирана поради приложения ток). Като стандарт, препоръчително е да използвате максималния работен ток. и, стойността на съпротивлението трябва да бъде изразена по двойки с температурата.
Характеристичната крива се описва със следната формула:

R0, R1: стойност на съпротивление при температура T0, Т1

T0, Т1: абсолютна температура

Б: B константа

R-T характеристики на NTC термистори

Фигура 1: R-T характеристика на NTC термистор

3.2 B константа
B константата е единична стойност, която характеризира NTC термистора. Регулирането на константата B винаги изисква две точки. Константата B описва наклона на двете точки.
Ако двете точки са различни, B константата също ще бъде различна, така че, моля, обърнете внимание, когато сравнявате. (Вижте Фигура 2)

По хоризонталната ос е температурната характеристика на 1-Т

Фигура 2: Различни B константи, избрани при 2 точки

От това, може да се види, че B е наклонът на lnR vs. 1/Т крива:

Мурата използва 25°C и 50°C, за да определи B константата, написано като Б (25/50).

Както е показано на фигура 3, 1/Т (Т е абсолютната температура) е в логаритмична пропорция на стойността на съпротивлението. Вижда се, че връзката е близка до права линия.

V-I характеристики на NTC термистори

Фигура 3: Температурни характеристики с 1/T като хоризонтална ос

3.3 Волт-амперни характеристики (V-I характеристики)
V-I характеристиките на NTC термисторите са показани на фигура 4.

Константа на топлинно разсейване на единица елемент

Фигура 4: V-I характеристики на NTC термистори

В зоната със слаб ток, напрежението на омичния контакт постепенно се увеличава с постепенното увеличаване на тока. Самонагряването, причинено от потока на ток, не води до повишаване на температурата на резистора чрез разсейване на топлина от повърхността на термистора и други части.
Въпреки това, когато генерирането на топлина е голямо, температурата на самия термистор се повишава и стойността на съпротивлението намалява. В такъв район, пропорционалната връзка между ток и напрежение вече не е валидна.

Общо взето, термисторите се използват в зона, където самонагряването е възможно най-ниско. Като стандарт, препоръчително е работният ток да се поддържа под максималния работен ток.

Ако се използва в зона, надвишаваща пиковото напрежение, могат да се появят топлинни реакции като многократно нагряване и намалено съпротивление, което кара термистора да стане червен или да се счупи. Моля, избягвайте да го използвате в този диапазон.

3.4 Температурен коефициент на съпротивление (а)
Скоростта на промяна на NTC термистора за единица температура е температурният коефициент, което се изчислява по следната формула.

Пример: Когато температурата е близо до 50°C и B константата е 3380K
α = −3380/(273.15 + 50)² × 100 [%/°C] = −3,2 [%/°C]
Следователно, температурният коефициент на съпротивление е както следва.

Термична времева константа на NTC термистор

α = − B/T² × 100 [%/°C]

3.5 Константа на топлинно разсейване (d)
Когато температурата на околната среда е T1, когато термисторът консумира мощност P (MW) и температурата му се променя до Т2, важи следната формула.

P = d (T2 − T1)

δ е константата на топлинно разсейване (mW/°C). Горната формула се трансформира, както следва.

NCU15 максимално намаляване на напрежението

δ = P/ (T2 − T1)

Константата на топлинно разсейване δ се отнася до мощността, необходима за повишаване на температурата с 1°C при условия на самонагряване.

Константата на топлинно разсейване δ се определя от баланса между “самонагряване поради консумация на енергия” и “разсейване на топлината”, и следователно варира значително в зависимост от работната среда на термистора.

Максимален работен ток (Iop), максимално работно напрежение (Vop)

Мурата определи концепцията за “константа на топлинно разсейване на единица елемент”.

3.6 Термична времеконстанта (t)

Когато термистор, поддържан при температура T0, внезапно се промени до температура на околната среда T1, времето, необходимо за промяна на целевата температура T1, се нарича термична времева константа (t). Обикновено, тази стойност се отнася за времето, необходимо за достигане 63.2% от температурната разлика между T0 и T1.

Метод на Murata за измерване на стойността на съпротивлението

Когато термисторът се поддържа при една температура (T0) е изложен на друга температура (Т1), температурата се променя експоненциално, и температурата (Т) след изтичане на време (t) се изразява по следния начин.

Т = (T1 − T0) (1 − експ (−t/t) ) + T0

Вземете t = τ,

Т = (T1 − T0) (1−1/е) + T0

(T − T0)/(T1 − T0) ＝ 1 − 1/e ＝ 0.632

Ето защо τ е определено като време за достигане 63.2% от температурната разлика.
Фигура 6: Термична времеконстанта на NTC термистор

3.7 Максимално напрежение (Vmax)

Максималното напрежение, което може да бъде приложено директно към термистора. Когато приложеното напрежение надвишава максималното напрежение, производителността на продукта ще се влоши или дори ще бъде унищожена.

Освен това, температурата на компонента се повишава поради самонагряване. Необходимо е да се обърне внимание температурата на компонента да не надвишава работния температурен диапазон.

Изходни характеристики на резисторно заземени и термисторно заземени вериги

Фигура 7: Максимално намаление на напрежението за тип NCU15

3.8 Максимален работен ток (Iop), максимално работно напрежение (Vop)
Murata определя максималния работен ток и максималното работно напрежение като тока и напрежението, при които самонагряването е 0,1 ℃, когато се прилага. По отношение на тази стойност, термисторите могат да постигнат по-точно измерване на температурата.

Следователно, прилагането на ток/напрежение, надвишаващо максималния работен ток/напрежение, не причинява влошаване на производителността на термистора. Въпреки това, моля, обърнете внимание, че самонагряването на компонента ще причини грешки при откриване.

Как Murata изчислява максималния работен ток

При изчисляване на максималния работен ток, константата на топлинно разсейване (1mW/°C) дефиниран от компонента единица е необходим. Константата на разсейване на топлината показва степента на разсейване на топлината, но състоянието на разсейване на топлината варира значително в зависимост от работната среда.
Работната среда включва материала, дебелина, структура, размер на зоната за запояване, контакт с гореща плоча, опаковки от смола, и т.н. на субстрата. Използването на дефиницията на единичния компонент елиминира факторите на смущение от околната среда.
Според опита, константата на топлинно разсейване при реална употреба е около 3 към 4 пъти повече от компонента на единицата. Ако приемем, че действителната константа на топлинно разсейване е 3.5 пъти, максималният работен ток е показан в синята крива на фигурата. В сравнение със случая на 1mW/°C, сега е 1.9 пъти (√3,5 пъти).

3.9 Стойност на устойчивост на нулево натоварване
Стойността на съпротивлението, измерена при ток (напрежение) където самонагряването е незначително. Като стандарт, препоръчително е да използвате максималния работен ток.

Регулиране на стойността на R и промяна на изходните характеристики

Фигура 9: Метод на Murata за измерване на стойността на съпротивлението

4. Как да използвате
4.1 Схема на веригата
Изходното напрежение може да варира в зависимост от електрическата схема на NTC термистора. Можете да го симулирате на следния URL адрес на официалния уебсайт на Murata.

SimSurfing: Симулатор на NTC термистор (murata.co.jp)
Фигура 10 Изходни характеристики на резисторни заземителни и термисторни заземителни вериги
4.2 Регулиране на R1 (резистор за делител на напрежението), R2 (паралелен резистор), R3 (сериен резистор)

Изходното напрежение може да варира според електрическата схема.
Фигура 11 Регулиране на стойността на R и промяна на изходните характеристики

4.3 Изчисляване на грешката при откриване с помощта на официалния инструмент на Murata

Изберете съответните параметри на NTC термистора и съответните параметри на веригата на делителя на напрежението (референтно напрежение и резистор за делител на напрежение, точност на съпротивлението), и след това кривата на грешката при откриване на температура може да се генерира нормално, както е показано на фигурата по-долу:
Фигура 12 Генериране на крива на грешка при откриване на температура с помощта на официални инструменти