Kina prilagođena NTC senzorska sonda i kabel

Sonda i kabel senzora su oblik pakiranja senzora, koja je najosnovnija jedinica senzora. Senzor je upakovan kroz razumno elektronsko kolo i eksternu strukturu pakovanja. Ima neke nezavisne funkcionalne komponente koje su nam potrebne. Kao senzor, obično se deli na: NTC termistorska sonda, PT100 sonda, PT1000 sonda, Ds18b20 sonda, sonda za temperaturu vode, automobilska senzorska sonda, RTDs sonda, sonda za kontrolu temperature, sonda za podešavanje temperature, senzorska sonda kućnih aparata, itd.

Ds18b20 senzorska sonda sa kablom

Sonda za kontrolu temperature sa kablom

Sonda temperaturnog senzora PT100 sa kablom

Struktura NTC sonde zasnovana na predviđanju temperature i metodi merenja temperature, sonda uključuje: više NTC sondi; bakarna školjka; metalna noseća konstrukcija, žica i toplotni provodnik.
Korak 1, među m NTC sondi, dobiti temperature T0, T1, …, Tn mjereno u jednakim vremenskim intervalima kroz svaku NTC sondu, gdje n predstavlja serijski broj prikupljene temperature;
Korak 2, izračunati temperaturnu razliku vn=TnTn1 prikupljenu u susjednim vremenima mjerenja temperature;
Korak 3, izračunati parametar α=vn/vn1;
Korak 4, izračunati predviđenu temperaturu Tp=Tn1+vn/(1a) jedne sonde;
Korak 5, izračunati izmjerenu temperaturu Tb. Ovaj pronalazak može dodatno smanjiti grešku i ima dobru opštu primenljivost.

Potpuna analiza termistora!

🤔 Znate li šta je termistor? Mali je stručnjak za elektronska kola!

👍 Termistori, jednostavnim rečima, su tip osjetljivog elementa koji može podesiti vrijednost otpora prema promjenama temperature.

🔥 Termistor pozitivnog temperaturnog koeficijenta (PTC), kada temperatura poraste, njegova vrijednost otpora će se značajno povećati. Ova karakteristika ga čini sjajnim u krugovima automatske kontrole!

Sonda senzora temperature vode sa kablom

NTC senzor za pećnicu za roštilj sa kablom

NTC senzorska sonda i kabel

❄️ Termistor negativnog temperaturnog koeficijenta (NTC) je suprotno, pri čemu se otpor smanjuje kada temperatura raste. U kućnim aparatima, često se koristi za meki start, kola za automatsku detekciju i kontrolu.

💡 Sada imate dublje razumijevanje termistora! U elektronskom svetu, to je nezaobilazna uloga!

1. Uvod u NTC
NTC termistor je termistor nazvan po akronimu Negativni temperaturni koeficijent. Obično, termin “termistor” odnosi se na NTC termistore. Otkrio ga je Michael Faraday, koji je u to vrijeme proučavao poluprovodnike srebrnog sulfida, in 1833, i komercijalizirao Samuel Ruben 1930-ih. NTC termistor je oksidna poluvodička keramika sastavljena od mangana (Mn), nikla (U) i kobalt (Co).
Može se vidjeti svuda u našim životima. Zbog karakteristike da otpor opada sa porastom temperature, ne koristi se samo kao uređaj za senzor temperature u termometrima i klima uređajima, ili uređaj za kontrolu temperature u pametnim telefonima, kotlovi i pegle, ali se koristi i za kontrolu struje u opremi za napajanje. Nedavno, kako se stepen elektrifikacije vozila povećava, termistori se sve više koriste u automobilskim proizvodima.

2. Princip rada
Generalno, otpornost metala raste kako temperatura raste. To je zato što toplina pojačava vibracije rešetke, i prosječna brzina kretanja slobodnih elektrona opada u skladu s tim.

Nasuprot tome, udio slobodnih elektrona i rupa u poluvodičima se povećava zbog provođenja topline, a ovaj dio je veći od proporcije dijela gdje se brzina smanjuje, pa se vrijednost otpora smanjuje.

Osim toga, zbog postojanja jaza u pojasu u poluprovodnicima, kada se zagreva spolja, elektroni u valentnom pojasu prelaze u pojas provodljivosti i provode elektricitet. Drugim riječima, vrijednost otpora opada kako temperatura raste.

3. Osnovne karakteristike
3.1 Otporno-temperaturne karakteristike (R-T karakteristike)
Vrijednost otpora NTC termistora mjeri se pri struji s dovoljno niskim samozagrijavanjem (toplota koja nastaje usled primenjene struje). Kao standard, preporučuje se korištenje maksimalne radne struje. I, vrijednost otpora treba izraziti u parovima sa temperaturom.
Karakteristična kriva je opisana sljedećom formulom:

R0, R1: vrijednost otpora na temperaturi T0, T1

T0, T1: apsolutna temperatura

B: B konstanta

R-T karakteristike NTC termistora

Slika 1: R-T karakteristika NTC termistora

3.2 B konstanta
B konstanta je jedna vrijednost koja karakterizira NTC termistor. Podešavanje B konstante uvijek zahtijeva dvije točke. B konstanta opisuje nagib dviju tačaka.
Ako su dvije tačke različite, B konstanta će takođe biti drugačija, pa obratite pažnju prilikom upoređivanja. (Vidi sliku 2)

Horizontalna os je temperaturna karakteristika 1-T

Slika 2: Različite B konstante odabrane na 2 bodova

Od ovoga, može se vidjeti da je B nagib lnR vs. 1/T kriva:

Murata koristi 25°C i 50°C za definiranje B konstante, napisano kao B (25/50).

Kao što je prikazano na slici 3, 1/T (T je apsolutna temperatura) je u logaritamskoj proporciji sa vrijednosti otpora. Može se vidjeti da je odnos blizak pravoj liniji.

V-I karakteristike NTC termistora

Slika 3: Temperaturne karakteristike sa 1/T kao horizontalnom osom

3.3 Volt-amper karakteristike (V-I karakteristike)
V-I karakteristike NTC termistora su prikazane na slici 4.

Konstanta toplinske disipacije po jediničnom elementu

Slika 4: V-I karakteristike NTC termistora

U području sa slabom strujom, napon omskog kontakta postepeno raste kako se struja postepeno povećava. Samozagrijavanje uzrokovano protokom struje ne uzrokuje porast temperature otpornika rasipanjem topline s površine termistora i drugih dijelova.
Međutim, kada je proizvodnja toplote velika, temperatura samog termistora raste, a vrijednost otpora opada. U takvoj oblasti, proporcionalni odnos između struje i napona više ne važi.

Generalno, termistori se koriste u područjima gdje je samozagrijavanje što je moguće niže. Kao standard, preporučuje se da radna struja bude ispod maksimalne radne struje.

Ako se koristi u području koje prelazi vršni napon, mogu se javiti termalne reakcije kao što su ponovno zagrijavanje i smanjeni otpor, uzrokujući da termistor pocrveni ili se pokvari. Molimo izbjegavajte korištenje u ovom rasponu.

3.4 Temperaturni koeficijent otpora (a)
Brzina promjene NTC termistora po jedinici temperature je temperaturni koeficijent, koji se izračunava po sljedećoj formuli.

Primjer: Kada je temperatura blizu 50°C i B konstanta je 3380K
α = −3380/(273.15 + 50)² × 100 [%/°C] = −3.2 [%/°C]
Stoga, temperaturni koeficijent otpora je sljedeći.

Termička vremenska konstanta NTC termistora

α = − B/T² × 100 [%/°C]

3.5 Konstanta toplotne disipacije (d)
Kada je temperatura okoline T1, kada termistor troši struju P (mw) i njegova temperatura se mijenja na T2, važi sledeća formula.

P = d (T2 − T1)

δ je konstanta toplinske disipacije (mW/°C). Gornja formula se transformiše na sledeći način.

NCU15 smanjenje maksimalnog napona

δ = P/ (T2 − T1)

Konstanta toplinske disipacije δ odnosi se na snagu potrebnu za povećanje temperature za 1°C u uvjetima samozagrijavanja.

Konstanta toplinske disipacije δ određena je ravnotežom između “samozagrijavanje zbog potrošnje struje” i “rasipanje toplote”, i stoga značajno varira ovisno o radnom okruženju termistora.

Maksimalna radna struja (Iop), maksimalni radni napon (Vop)

Murata je definisao pojam “konstanta toplotne disipacije po jedinici elementa”.

3.6 Termička vremenska konstanta (t)

Kada se termistor koji se održava na temperaturi T0 iznenada promijeni na temperaturu okoline T1, vrijeme potrebno za promjenu na ciljnu temperaturu T1 naziva se termička vremenska konstanta (t). Obično, ova vrijednost se odnosi na vrijeme potrebno za dostizanje 63.2% temperaturne razlike između T0 i T1.

Muratina metoda mjerenja vrijednosti otpora

Metoda mjerenja Muratine vrijednosti otpora

Kada se termistor održava na jednoj temperaturi (T0) je izložen drugoj temperaturi (T1), temperatura se eksponencijalno mijenja, i temperaturu (T) nakon proteka vremena (t) izražava se na sljedeći način.

T = (T1 − T0) (1 − exp (−t/t) ) + T0

Uzmimo t = τ,

T = (T1 − T0) (1−1/e) + T0

(T − T0)/(T1 − T0) ＝ 1 − 1/e ＝ 0.632

Zato je τ specificirano kao vrijeme za dostizanje 63.2% temperaturne razlike.
Slika 6: Termička vremenska konstanta NTC termistora

3.7 Maksimalni napon (Vmax)

Maksimalni napon koji se može direktno primijeniti na termistor. Kada primijenjeni napon premašuje maksimalni napon, performanse proizvoda će se pogoršati ili čak uništiti.

Osim toga, temperatura komponente raste zbog samozagrevanja. Potrebno je obratiti pažnju da temperatura komponente ne prelazi opseg radne temperature.

Izlazne karakteristike kola sa uzemljenjem otpornikom i termistorom

Slika 7: Smanjenje maksimalnog napona za tip NCU15

3.8 Maksimalna radna struja (Iop), maksimalni radni napon (Vop)
Murata definiše maksimalnu radnu struju i maksimalni radni napon kao struju i napon pri kojima je samozagrijavanje 0,1℃ kada se primjenjuje. S obzirom na ovu vrijednost, termistori mogu postići preciznije mjerenje temperature.

Stoga, primjena struje/napona koji premašuje maksimalnu radnu struju/napon ne uzrokuje degradaciju performansi termistora. Međutim, imajte na umu da će samozagrijavanje komponente uzrokovati greške u detekciji.

Kako Murata izračunava maksimalnu radnu struju

Prilikom izračunavanja maksimalne radne struje, konstanta toplotne disipacije (1mW/°C) je potrebno definirano komponentom jedinice. Konstanta toplotne disipacije pokazuje stepen disipacije toplote, ali stanje disipacije toplote uveliko varira u zavisnosti od radnog okruženja.
Radno okruženje uključuje materijal, debljina, strukturu, veličina područja lemljenja, kontakt vruće ploče, pakovanje od smole, itd. podloge. Upotreba definicije komponente jedinice eliminiše faktore uticaja okoline.
Prema iskustvu, konstanta toplotne disipacije u stvarnoj upotrebi je oko 3 to 4 puta više od komponente jedinice. Pod pretpostavkom da je stvarna konstanta toplinske disipacije 3.5 puta, maksimalna radna struja je prikazana plavom krivom na slici. U poređenju sa slučajem od 1mW/°C, sada je 1.9 puta (√3,5 puta).

3.9 Nulta vrijednost otpora opterećenja
Vrijednost otpora mjerena pri struji (napon) gdje je samozagrijavanje zanemarljivo. Kao standard, preporučuje se korištenje maksimalne radne struje.

Podešavanje R vrijednosti i promjena izlaznih karakteristika

Slika 9: Metoda mjerenja Muratine vrijednosti otpora

4. Kako koristiti
4.1 Dijagram strujnog kola
Izlazni napon može varirati ovisno o dijagramu ožičenja NTC termistora. Možete ga simulirati na sljedećem URL-u na službenoj web stranici Murate.

SimSurfing: NTC simulator termistora (murata.co.jp)
Slika 10 Izlazne karakteristike krugova uzemljenja otpornika i termistora
4.2 Podešavanje R1 (otpornik za djelitelj napona), R2 (paralelni otpornik), R3 (serijski otpornik)

Izlazni napon može varirati prema dijagramu strujnog kola.
Slika 11 Podešavanje R vrijednosti i promjena izlaznih karakteristika

4.3 Izračunavanje greške detekcije pomoću Muratinog službenog alata

Odaberite relevantne parametre NTC termistora i relevantne parametre kola djelitelja napona (referentni napon i djelitelj napona otpornik, tačnost otpora), i tada se kriva greške detekcije temperature može normalno generirati, kao što je prikazano na donjoj slici:
Slika 12 Generiranje krivulje greške detekcije temperature pomoću službenih alata