Čína vlastní senzorová sonda a kabel NTC

Senzorová sonda a kabel tvoří balení senzoru, což je nejzákladnější jednotka senzoru. Snímač je zabalen prostřednictvím rozumného elektronického obvodu a vnější obalové struktury. Má několik nezávislých funkčních součástí, které potřebujeme. Jako senzor, Obvykle se rozdělí na: NTC Termistorová sonda, Sonda PT100, Sonda PT1000, Sonda DS18B20, sonda teploty vody, Automobilová senzorová sonda, RTDS sonda, Sonda pro kontrolu teploty, Sonda nastavení teploty, sonda senzorů domácího zařízení, atd.

Senzorová sonda Ds18b20 s kabelem

Sonda pro regulaci teploty s kabelem

Teplotní čidlo PT100 s kabelem

Struktura NTC sondy založená na předpovědi teploty a její metodě měření teploty, sonda zahrnuje: více NTC sond; měděný plášť; kovová nosná konstrukce, drát a tepelný vodič.
Krok 1, mezi m NTC sondami, získat teploty T0, T1, …, Tn měřeno ve stejných časových intervalech každou sondou NTC, kde n představuje pořadové číslo naměřené teploty;
Krok 2, vypočítejte teplotní rozdíl vn=TnTn1 shromážděný v sousedních časech měření teploty;
Krok 3, vypočítat parametr α=vn/vn1;
Krok 4, vypočítat předpokládanou teplotu Tp=Tn1+vn/(1A) jedné sondy;
Krok 5, vypočítat naměřenou teplotu Tb. Předkládaný vynález může dále snížit chybu a má dobrou obecnou použitelnost.

Kompletní analýza termistorů!

🤔 Víte, co je termistor?? Je to malý odborník na elektronické obvody!

👍 termistory, jednoduše řečeno, jsou typem citlivého prvku, který dokáže upravit hodnotu svého odporu podle teplotních změn.

🔥 Termistor s kladným teplotním koeficientem (PTC), když teplota stoupá, jeho hodnota odporu výrazně vzroste. Díky této vlastnosti zazáří v automatických řídicích obvodech!

Sonda snímače teploty vody s kabelem

Senzor NTC sonda BBQ s kabelem

Senzorová sonda a kabel NTC

❄️ Termistor se záporným teplotním koeficientem (NTC) je opak, s klesajícím odporem, když teplota stoupá. V domácích spotřebičích, často se používá pro měkký start, automatické detekční a řídicí obvody.

💡 Nyní hlouběji rozumíte termistorům! V elektronickém světě, je to nepostradatelná role!

1. Úvod do NTC
NTC termistor je termistor pojmenovaný podle zkratky Negative Temperature Coefficient. Obvykle, termín “Termistor” odkazuje na termistory NTC. Objevil ho Michael Faraday, který v té době studoval polovodiče sulfidu stříbrného, v 1833, a komercializoval Samuel Reuben ve 30. letech 20. století. NTC termistor je oxidová polovodičová keramika složená z manganu (Mn), nikl (V) a kobalt (spol).
Je to vidět všude v našem životě. Vzhledem k vlastnosti, že odpor klesá s rostoucí teplotou, nepoužívá se pouze jako zařízení pro snímání teploty v teploměrech a klimatizacích, nebo zařízení pro regulaci teploty v chytrých telefonech, varné konvice a žehličky, ale také se používá pro řízení proudu v napájecích zařízeních. Nedávno, se zvyšujícím se stupněm elektrifikace vozidla, termistory se stále více používají v automobilových výrobcích.

2. Pracovní princip
Obvykle, odolnost kovů se zvyšuje s rostoucí teplotou. Teplo totiž zesiluje vibrace mřížky, a průměrná rychlost pohybu volných elektronů se odpovídajícím způsobem snižuje.

Na rozdíl od toho, v polovodičích se vlivem vedení tepla zvyšuje podíl volných elektronů a děr, a tato část je větší než podíl části, kde rychlost klesá, takže hodnota odporu klesá.

Navíc, kvůli existenci zakázaného pásma v polovodičích, při vnějším zahřátí, elektrony ve valenčním pásmu se přesunou do vodivostního pásma a vedou elektřinu. Jinými slovy, hodnota odporu klesá s rostoucí teplotou.

3. Základní charakteristika
3.1 Odpor-teplotní charakteristiky (R-T charakteristiky)
Hodnota odporu NTC termistoru se měří při proudu s dostatečně nízkým samozahříváním (teplo generované v důsledku aplikovaného proudu). Jako standard, doporučuje se používat maximální provozní proud. A, hodnotu odporu je třeba vyjádřit ve dvojicích s teplotou.
Charakteristická křivka je popsána následujícím vzorcem:

R0, R1: hodnota odporu při teplotě T0, T1

T0, T1: absolutní teplota

B: B konstantní

R-T charakteristiky NTC termistorů

Postava 1: R-T charakteristika NTC termistoru

3.2 B konstantní
Konstanta B je jediná hodnota, která charakterizuje termistor NTC. Úprava konstanty B vyžaduje vždy dva body. Konstanta B popisuje sklon dvou bodů.
Pokud se dva body liší, konstanta B bude také jiná, proto prosím věnujte pozornost při porovnávání. (Viz obrázek 2)

Vodorovná osa je teplotní charakteristika 1-T

Postava 2: Různé B konstanty vybrané při 2 body

Z tohoto, je vidět, že B je sklon lnR vs. 1/T křivka:

Murata používá 25°C a 50°C k definování B konstanty, napsáno jako B (25/50).

Jak je znázorněno na obrázku 3, 1/T (T je absolutní teplota) je v logaritmickém poměru k hodnotě odporu. Je vidět, že vztah se blíží přímce.

V-I Charakteristika NTC termistorů

Postava 3: Teplotní charakteristiky s 1/T jako horizontální osou

3.3 Voltampérové charakteristiky (V-I charakteristiky)
Charakteristiky V-I termistorů NTC jsou uvedeny na obrázku 4.

Konstanta tepelné ztráty na jednotku prvku

Postava 4: V-I charakteristiky NTC termistorů

V oblasti se slabým proudem, napětí ohmického kontaktu se postupně zvyšuje s postupným zvyšováním proudu. Samozahřívání způsobené tokem proudu nezpůsobuje zvýšení teploty rezistoru odváděním tepla z povrchu termistoru a dalších částí.
Však, když je vývin tepla velký, teplota samotného termistoru stoupá a hodnota odporu klesá. V takové oblasti, proporcionální vztah mezi proudem a napětím již neplatí.

Obvykle, termistory se používají v oblasti, kde je samoohřev co nejnižší. Jako standard, doporučuje se udržovat provozní proud pod maximálním provozním proudem.

Při použití v oblasti přesahující napěťovou špičku, může docházet k tepelným reakcím, jako je opakované zahřívání a snížený odpor, termistor zčervená nebo se zlomí. Nepoužívejte jej v tomto rozsahu.

3.4 Teplotní koeficient odporu (A)
Rychlost změny termistoru NTC na jednotku teploty je teplotní koeficient, který se vypočítá podle následujícího vzorce.

Příklad: Když se teplota blíží 50°C a konstanta B je 3380K
α = −3380/(273.15 + 50)² × 100 [%/° C.] = -3,2 [%/° C.]
Proto, teplotní koeficient odporu je následující.

Tepelná časová konstanta termistoru NTC

a = − B/T² × 100 [%/° C.]

3.5 Konstanta tepelné ztráty (d)
Když je okolní teplota T1, když termistor spotřebovává energii P (mw) a jeho teplota se změní na T2, platí následující vzorec.

P = d (T2 - T1)

δ je konstanta tepelného rozptylu (mW/°C). Výše uvedený vzorec je transformován následovně.

Snížení maximálního napětí NCU15

δ = P/ (T2 - T1)

Konstanta tepelného rozptylu δ se vztahuje k výkonu potřebnému ke zvýšení teploty o 1 °C za podmínek samozahřívání.

Konstanta tepelné ztráty δ je určena rovnováhou mezi “samozahřívání kvůli spotřebě energie” a “odvod tepla”, a proto se výrazně liší v závislosti na provozním prostředí termistoru.

Maximální provozní proud (Iop), maximální provozní napětí (Vop)

Murata definoval pojem “konstanta tepelné ztráty na jednotku prvku”.

3.6 Tepelná časová konstanta (t)

Když se termistor udržovaný na teplotě T0 náhle změní na okolní teplotu T1, čas potřebný ke změně na cílovou teplotu T1 se nazývá tepelná časová konstanta (t). Obvykle, tato hodnota se vztahuje k času potřebnému k dosažení 63.2% rozdílu teplot mezi T0 a T1.

Muratova metoda měření hodnoty odporu

Když termistor udržuje na jedné teplotě (T0) je vystavena jiné teplotě (T1), teplota se mění exponenciálně, a teplotu (T) po uplynutí času (t) je vyjádřen následovně.

T = (T1 - T0) (1 − zk (−t/t) ) + T0

Vezměte t = τ,

T = (T1 - T0) (1−1/e) + T0

(T − T0)/(T1 - T0) ＝ 1 − 1/e ＝ 0.632

Proto je τ specifikováno jako čas k dosažení 63.2% rozdílu teplot.
Postava 6: Tepelná časová konstanta NTC termistoru

3.7 Maximální napětí (Vmax)

Maximální napětí, které lze přímo přivést na termistor. Když použité napětí překročí maximální napětí, výkon produktu se zhorší nebo dokonce zničí.

Navíc, teplota součásti stoupá v důsledku samoohřevu. Je nutné dbát na to, aby teplota součásti nepřekročila rozsah provozních teplot.

Výstupní charakteristiky obvodů s odporem a termistorem

Postava 7: Maximální snížení napětí pro typ NCU15

3.8 Maximální provozní proud (Iop), maximální provozní napětí (Vop)
Murata definuje maximální provozní proud a maximální provozní napětí jako proud a napětí, při kterých je samozahřívání při aplikaci 0,1℃. S odkazem na tuto hodnotu, termistory mohou dosáhnout přesnějšího měření teploty.

Proto, aplikace proudu/napětí překračujícího maximální provozní proud/napětí nezpůsobí snížení výkonu termistoru. Však, mějte na paměti, že samozahřívání součásti způsobí chyby detekce.

Jak Murata vypočítá maximální provozní proud

Při výpočtu maximálního provozního proudu, konstanta tepelné ztráty (1mW/°C) je vyžadována komponenta jednotky. Konstanta tepelného rozptylu udává stupeň rozptylu tepla, ale stav rozptylu tepla se velmi liší v závislosti na pracovním prostředí.
Pracovní prostředí zahrnuje materiál, tloušťka, struktura, velikost pájecí plochy, kontakt horké desky, pryskyřicové balení, atd. substrátu. Použití definice komponent jednotky eliminuje faktory rušení prostředí.
Podle zkušeností, konstanta tepelné ztráty při skutečném použití je asi 3 na 4 krát větší než jednotka jednotky. Za předpokladu, že skutečná tepelná konstanta je 3.5 časy, maximální provozní proud je znázorněn modrou křivkou na obrázku. V porovnání s případem 1mW/°C, je to teď 1.9 časy (√3,5krát).

3.9 Hodnota odporu při nulové zátěži
Hodnota odporu měřená při proudu (napětí) kde je samozahřívání zanedbatelné. Jako standard, doporučuje se používat maximální provozní proud.

Úprava hodnoty R a změna výstupní charakteristiky

Postava 9: Muratova metoda měření hodnoty odporu

4. Jak používat
4.1 Schéma obvodu
Výstupní napětí se může lišit v závislosti na schématu zapojení termistoru NTC. Můžete to simulovat na následující adrese URL na oficiálních stránkách Murata.

SimSurfing: NTC termistorový simulátor (murata.co.jp)
Postava 10 Výstupní charakteristiky uzemňovacích obvodů rezistoru a termistoru
4.2 Úprava R1 (odpor dělič napětí), R2 (paralelní odpor), R3 (sériový odpor)

Výstupní napětí se může lišit podle schématu zapojení.
Postava 11 Úprava hodnoty R a změna výstupní charakteristiky

4.3 Výpočet chyby detekce pomocí oficiálního nástroje Murata

Vyberte příslušné parametry termistoru NTC a příslušné parametry obvodu děliče napětí (referenční napětí a odpor dělič napětí, přesnost odporu), a poté může být křivka chyb detekce teploty generována normálně, jak je znázorněno na obrázku níže:
Postava 12 Generování křivky chyb detekce teploty pomocí oficiálních nástrojů