Πώς να επιλέξετε το σωστό θερμίστορ για έναν αισθητήρα θερμοκρασίας?

Όταν αντιμετωπίζετε χιλιάδες τύπους θερμίστορ NTC, Η επιλογή του σωστού μπορεί να είναι αρκετά συντριπτική. Σε αυτό το τεχνικό άρθρο, Θα σας καθοδηγήσω σε μερικές από τις σημαντικές παραμέτρους που πρέπει να έχετε υπόψη κατά την επιλογή ενός θερμίστορ. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα όταν αποφασίζετε μεταξύ των δύο κοινών τύπων θερμίστορ που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση θερμοκρασίας: Θερμίστορ NTC με αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας ή γραμμικά θερμίστορ με βάση το πυρίτιο. Τα θερμίστορ NTC χρησιμοποιούνται ευρέως λόγω της χαμηλής τιμής τους, αλλά προσφέρουν χαμηλότερη ακρίβεια σε ακραίες θερμοκρασίες. Τα γραμμικά θερμίστορ με βάση το πυρίτιο προσφέρουν καλύτερη απόδοση και μεγαλύτερη ακρίβεια σε μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασιών, αλλά γενικά είναι πιο ακριβά. Όπως θα δούμε παρακάτω, Άλλα γραμμικά θερμίστορ έρχονται στην αγορά που προσφέρουν πιο οικονομικά, επιλογές υψηλής απόδοσης. Βοηθά στην αντιμετώπιση ενός ευρέος φάσματος αναγκών ανίχνευσης θερμοκρασίας χωρίς αύξηση του συνολικού κόστους της λύσης.

Επιλογή του κατάλληλου αισθητήρα για ανίχνευση θερμοκρασίας

Επιλέγοντας το σωστό θερμίστορ NTC για αισθητήρα θερμοκρασίας

Επιλέγοντας τον σωστό αισθητήρα θερμίστορ NTC

Το σωστό θερμίστορ για την εφαρμογή σας θα εξαρτηθεί από πολλές παραμέτρους, όπως:
· Τιμολόγιο Υλικών (BOM) κόστος;
· Ανοχή αντίστασης;
· Σημεία βαθμονόμησης;
· Ευαισθησία (μεταβολή της αντίστασης ανά βαθμό Κελσίου);
· Αυτοθέρμανση και μετατόπιση αισθητήρα;

Κόστος BOM
Τα ίδια τα θερμίστορ δεν είναι ακριβά. Αφού είναι διακριτικά, Η πτώση τάσης τους μπορεί να αλλάξει με τη χρήση πρόσθετων κυκλωμάτων. Για παράδειγμα, εάν χρησιμοποιείτε μη γραμμικό θερμίστορ NTC και θέλετε γραμμική πτώση τάσης στη συσκευή, μπορείτε να επιλέξετε να προσθέσετε μια πρόσθετη αντίσταση για να πετύχετε αυτό το χαρακτηριστικό. Ωστόσο, μια άλλη εναλλακτική λύση που μπορεί να μειώσει το BOM και το συνολικό κόστος λύσης είναι η χρήση ενός γραμμικού θερμίστορ που παρέχει από μόνο του την επιθυμητή πτώση τάσης. Τα καλά νέα είναι ότι με τη νέα μας οικογένεια γραμμικών θερμίστορ, και τα δύο είναι πιθανά. Αυτό σημαίνει ότι οι μηχανικοί μπορούν να απλοποιήσουν τα σχέδια, μείωση του κόστους του συστήματος, και μειώστε την πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) μέγεθος διάταξης κατά τουλάχιστον 33%.

Ανοχή αντίστασης
Τα θερμίστορ κατηγοριοποιούνται με βάση την αντοχή τους στους 25°C, αλλά αυτό δεν περιγράφει πλήρως πώς αλλάζουν με τη θερμοκρασία. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το ελάχιστο, τυπικός, και μέγιστες τιμές αντίστασης που παρέχονται στην αντίσταση της συσκευής vs. θερμοκρασία (R-T) πίνακα σε εργαλείο σχεδιασμού ή φύλλο δεδομένων για τον υπολογισμό της ανοχής σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασίας ενδιαφέροντος.

Για να δείξουμε πώς αλλάζουν οι ανοχές με την τεχνολογία θερμίστορ, Ας συγκρίνουμε ένα NTC και το θερμίστορ μας με βάση το πυρίτιο TMP61. Και οι δύο αξιολογούνται για ανοχή αντίστασης ±1%.. Εικόνα 1 δείχνει ότι η ανοχή αντίστασης και των δύο συσκευών αυξάνεται καθώς η θερμοκρασία απομακρύνεται από τους 25°C, αλλά υπάρχει μεγάλη διαφορά μεταξύ των δύο στις ακραίες θερμοκρασίες. Είναι σημαντικό να υπολογίσετε αυτή τη διαφορά, ώστε να μπορείτε να επιλέξετε μια συσκευή που διατηρεί χαμηλότερη ανοχή στο εύρος θερμοκρασίας που σας ενδιαφέρει.

Πώς να επιλέξετε το σωστό θερμίστορ για τον αισθητήρα θερμοκρασίας σας

Εικόνα 1: Ανοχή αντίστασης: NTC vs. TMP61

Σημεία βαθμονόμησης
Το να μην γνωρίζετε πού βρίσκεται το θερμίστορ εντός του εύρους ανοχής αντίστασης θα υποβαθμίσει την απόδοση του συστήματος επειδή χρειάζεστε μεγαλύτερο περιθώριο σφάλματος. Η βαθμονόμηση θα σας πει ποια τιμή αντίστασης να περιμένετε, που μπορεί να σας βοηθήσει να μειώσετε σημαντικά το περιθώριο σφάλματος. Ωστόσο, είναι ένα επιπλέον βήμα στη διαδικασία παραγωγής, οπότε η βαθμονόμηση θα πρέπει να περιορίζεται στο ελάχιστο.

Ο αριθμός των σημείων βαθμονόμησης εξαρτάται από τον τύπο του θερμίστορ που χρησιμοποιείται και το εύρος θερμοκρασίας της εφαρμογής. Για στενά εύρη θερμοκρασίας, ένα σημείο βαθμονόμησης είναι κατάλληλο για τα περισσότερα θερμίστορ. Για εφαρμογές που απαιτούν μεγάλο εύρος θερμοκρασίας, έχεις δύο επιλογές: 1) βαθμονομήστε τρεις φορές με ένα NTC (Αυτό οφείλεται στη χαμηλή ευαισθησία τους σε ακραίες θερμοκρασίες και στην υψηλότερη ανοχή αντίστασης). Ή 2) βαθμονομήστε μία φορά με ένα γραμμικό θερμίστορ με βάση το πυρίτιο, που είναι πιο σταθερό από ένα NTC.

Ευαισθησία
Μεγάλη αλλαγή στην αντίσταση ανά βαθμό Κελσίου (ευαισθησία) είναι μόνο μία από τις προκλήσεις όταν προσπαθείς να πάρεις καλή ακρίβεια από ένα θερμίστορ. Ωστόσο, εκτός αν λάβετε την τιμή αντίστασης σωστά στο λογισμικό, είτε μέσω βαθμονόμησης είτε με επιλογή θερμίστορ με χαμηλή ανοχή αντίστασης, μια μεγάλη ευαισθησία δεν θα βοηθήσει.

Τα NTC έχουν πολύ υψηλή ευαισθησία σε χαμηλές θερμοκρασίες επειδή η τιμή αντίστασής τους μειώνεται εκθετικά, αλλά πέφτουν επίσης δραματικά καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Τα γραμμικά θερμίστορ με βάση το πυρίτιο δεν έχουν την ίδια υψηλή ευαισθησία με τα NTC, ώστε να παρέχουν σταθερές μετρήσεις σε όλο το εύρος θερμοκρασίας. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η ευαισθησία των γραμμικών θερμίστορ με βάση το πυρίτιο συνήθως υπερβαίνει αυτή των NTC στους περίπου 60°C.

Αυτόματη θέρμανση και μετατόπιση αισθητήρα
Τα θερμίστορ διαχέουν ενέργεια ως θερμότητα, που μπορεί να επηρεάσει την ακρίβεια μέτρησής τους. Η ποσότητα της θερμότητας που διαχέεται εξαρτάται από πολλές παραμέτρους, συμπεριλαμβανομένης της σύνθεσης του υλικού και του ρεύματος που διαρρέει τη συσκευή.

Η μετατόπιση του αισθητήρα είναι η ποσότητα που μετατοπίζει ένα θερμίστορ με την πάροδο του χρόνου, συνήθως προσδιορίζεται στο φύλλο δεδομένων μέσω μιας δοκιμής επιταχυνόμενης ζωής που δίνεται ως ποσοστιαία μεταβολή στην τιμή αντίστασης. Εάν η εφαρμογή σας απαιτεί μεγάλη διάρκεια ζωής με σταθερή ευαισθησία και ακρίβεια, επιλέξτε ένα θερμίστορ με χαμηλή αυτοθέρμανση και μικρή μετατόπιση αισθητήρα.

Πότε λοιπόν πρέπει να χρησιμοποιήσετε ένα γραμμικό θερμίστορ πυριτίου όπως το TMP61 πάνω από ένα NTC?
Κοιτάζοντας τον πίνακα 1, μπορείτε να το δείτε στην ίδια τιμή, μπορείτε να επωφεληθείτε από τη γραμμικότητα και τη σταθερότητα ενός γραμμικού θερμίστορ πυριτίου σχεδόν σε οποιαδήποτε κατάσταση εντός του καθορισμένου εύρους θερμοκρασίας λειτουργίας ενός γραμμικού θερμίστορ πυριτίου. Τα γραμμικά θερμίστορ πυριτίου είναι επίσης διαθέσιμα σε εμπορικές εκδόσεις και εκδόσεις αυτοκινήτων και στο πρότυπο 0402 και 0603 πακέτα κοινά για τα NTC συσκευών επιφανειακής τοποθέτησης.

Τραπέζι 1: NTC vs. Γραμμικά θερμίστορ πυριτίου TI

Για έναν πλήρη πίνακα R-T για θερμίστορ TI και μια εύκολη μέθοδο μετατροπής θερμοκρασίας με παράδειγμα κώδικα, κατεβάστε το εργαλείο σχεδίασης Thermistor.