Προσαρμοσμένος αισθητήρας NTC Κίνας και καλώδιο

Ο αισθητήρας αισθητήρα και το καλώδιο είναι η μορφή συσκευασίας του αισθητήρα, που είναι η πιο βασική μονάδα του αισθητήρα. Ο αισθητήρας συσκευάζεται μέσω ενός λογικού ηλεκτρονικού κυκλώματος και μιας εξωτερικής δομής συσκευασίας. Έχει κάποια ανεξάρτητα λειτουργικά εξαρτήματα που χρειαζόμαστε. Όπως ο αισθητήρας, Συνήθως χωρίζεται σε: Δοχείο θερμίστορ NTC, Διευθυντής PT100, Δοχείο PT1000, Δοχείο DS18B20, ανιχνευτής θερμοκρασίας νερού, Αισθητήρας αυτοκινήτου, Διοικητή RTDS, Διευθυντής ελέγχου θερμοκρασίας, καθετήρα ρύθμισης θερμοκρασίας, Αισθητήρας οικιακής συσκευής, και τα λοιπά.

Αισθητήρας Ds18b20 με καλώδιο

Αισθητήρας ελέγχου θερμοκρασίας με καλώδιο

Αισθητήρας θερμοκρασίας PT100 με καλώδιο

Μια δομή ανιχνευτή NTC που βασίζεται στην πρόβλεψη θερμοκρασίας και στη μέθοδο μέτρησης της θερμοκρασίας, ο καθετήρας περιλαμβάνει: πολλαπλούς ανιχνευτές NTC; χάλκινο κέλυφος; μεταλλική δομή στήριξης, σύρμα και αγωγός θερμότητας.
Βήμα 1, μεταξύ m NTC ανιχνευτές, λάβετε τις θερμοκρασίες T0, Τ1, …, Το Tn μετρήθηκε σε ίσα χρονικά διαστήματα μέσω κάθε ανιχνευτή NTC, όπου n αντιπροσωπεύει τον αύξοντα αριθμό της συλλεγόμενης θερμοκρασίας;
Βήμα 2, Υπολογίστε τη διαφορά θερμοκρασίας vn=TnTn1 που συλλέγεται σε παρακείμενους χρόνους μέτρησης θερμοκρασίας;
Βήμα 3, να υπολογίσετε την παράμετρο α=vn/vn1;
Βήμα 4, υπολογίστε την προβλεπόμενη θερμοκρασία Tp=Tn1+vn/(1α) ενός μόνο καθετήρα;
Βήμα 5, υπολογίστε τη μετρούμενη θερμοκρασία Tb. Η παρούσα εφεύρεση μπορεί να μειώσει περαιτέρω το σφάλμα και έχει καλή γενική εφαρμογή.

Πλήρης ανάλυση θερμίστορ!

🤔 Ξέρετε τι είναι το θερμίστορ;? Είναι λίγο ειδικός στα ηλεκτρονικά κυκλώματα!

👍 Θερμίστορ, με απλά λόγια, είναι ένας τύπος ευαίσθητου στοιχείου που μπορεί να προσαρμόσει την τιμή αντίστασής του σύμφωνα με τις αλλαγές θερμοκρασίας.

🔥 Θερμίστορ θετικού συντελεστή θερμοκρασίας (PTC), όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει, η τιμή αντίστασής του θα αυξηθεί σημαντικά. Αυτό το χαρακτηριστικό το κάνει να λάμπει στα κυκλώματα αυτόματου ελέγχου!

Αισθητήρας θερμοκρασίας νερού με καλώδιο

Ο αισθητήρας NTC ανιχνευτή BBQ με καλώδιο

Αισθητήρας NTC και καλώδιο

❄️ Το θερμίστορ αρνητικού συντελεστή θερμοκρασίας (NTC) είναι το αντίθετο, με την αντίσταση να μειώνεται όταν αυξάνεται η θερμοκρασία. Σε οικιακές συσκευές, χρησιμοποιείται συχνά για ομαλή εκκίνηση, κυκλώματα αυτόματης ανίχνευσης και ελέγχου.

💡 Τώρα έχετε μια βαθύτερη κατανόηση των θερμίστορ! Στον ηλεκτρονικό κόσμο, είναι ένας απαραίτητος ρόλος!

1. Εισαγωγή στο NTC
Το NTC thermistor είναι ένα θερμίστορ που πήρε το όνομά του από το ακρωνύμιο του Negative Temperature Coefficient. Συνήθως, ο όρος “θερμίστορ” αναφέρεται σε θερμίστορ NTC. Ανακαλύφθηκε από τον Michael Faraday, που μελετούσε εκείνη την εποχή ημιαγωγούς θειούχου αργύρου, σε 1833, και εμπορευματοποιήθηκε από τον Samuel Reuben τη δεκαετία του 1930. Το θερμίστορ NTC είναι ένα κεραμικό ημιαγώγιμο οξείδιο που αποτελείται από μαγγάνιο (Mn), νικέλιο (Σε) και το κοβάλτιο (Co).
Μπορεί να το δούμε παντού στη ζωή μας. Λόγω του χαρακτηριστικού ότι η αντίσταση μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, Δεν χρησιμοποιείται μόνο ως συσκευή ανίχνευσης θερμοκρασίας σε θερμόμετρα και κλιματιστικά, ή μια συσκευή ελέγχου θερμοκρασίας σε smartphone, βραστήρες και σίδερα, αλλά χρησιμοποιείται επίσης για έλεγχο ρεύματος σε εξοπλισμό τροφοδοσίας. Πρόσφατα, καθώς αυξάνεται ο βαθμός ηλεκτροδότησης του οχήματος, Τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σε προϊόντα αυτοκινήτου.

2. Αρχή Εργασίας
Γενικά, η αντίσταση των μετάλλων αυξάνεται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία. Αυτό συμβαίνει επειδή η θερμότητα εντείνει τη δόνηση του πλέγματος, και η μέση ταχύτητα κίνησης των ελεύθερων ηλεκτρονίων μειώνεται ανάλογα.

Σε αντίθεση, η αναλογία των ελεύθερων ηλεκτρονίων και των οπών στους ημιαγωγούς αυξάνεται λόγω της αγωγιμότητας της θερμότητας, και αυτό το τμήμα είναι μεγαλύτερο από την αναλογία του τμήματος όπου η ταχύτητα μειώνεται, οπότε η τιμή αντίστασης μειώνεται.

Εξάλλου, λόγω της ύπαρξης του κενού ζώνης στους ημιαγωγούς, όταν θερμαίνεται εξωτερικά, Τα ηλεκτρόνια στη ζώνη σθένους μετακινούνται προς τη ζώνη αγωγιμότητας και άγουν ηλεκτρισμό. Με άλλα λόγια, η τιμή αντίστασης μειώνεται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία.

3. Βασικά χαρακτηριστικά
3.1 Χαρακτηριστικά αντίστασης-θερμοκρασίας (Χαρακτηριστικά R-T)
Η τιμή αντίστασης ενός θερμίστορ NTC μετράται σε ρεύμα με αρκετά χαμηλή αυτοθέρμανση (θερμότητα που παράγεται λόγω του εφαρμοζόμενου ρεύματος). Ως πρότυπο, Συνιστάται η χρήση του μέγιστου ρεύματος λειτουργίας. Και, η τιμή αντίστασης πρέπει να εκφράζεται σε ζεύγη με τη θερμοκρασία.
Η χαρακτηριστική καμπύλη περιγράφεται από τον ακόλουθο τύπο:

R0, R1: τιμή αντίστασης σε θερμοκρασία T0, Τ1

T0, Τ1: απόλυτη θερμοκρασία

σι: Β σταθερά

Χαρακτηριστικά R-T των θερμίστορ NTC

Εικόνα 1: R-T χαρακτηριστικό του θερμίστορ NTC

3.2 Β σταθερά
Η σταθερά B είναι μια μοναδική τιμή που χαρακτηρίζει το θερμίστορ NTC. Η προσαρμογή της σταθεράς Β απαιτεί πάντα δύο σημεία. Η σταθερά B περιγράφει την κλίση των δύο σημείων.
Αν τα δύο σημεία είναι διαφορετικά, η σταθερά Β θα είναι επίσης διαφορετική, οπότε προσέξτε όταν συγκρίνετε. (Δείτε το σχήμα 2)

Ο οριζόντιος άξονας είναι το χαρακτηριστικό θερμοκρασίας του 1-T

Εικόνα 2: Επιλέχθηκαν διαφορετικές σταθερές Β στο 2 σημεία

Από αυτό, φαίνεται ότι το B είναι η κλίση του lnR έναντι. 1/Καμπύλη Τ:

Ο Murata χρησιμοποιεί 25°C και 50°C για να ορίσει τη σταθερά Β, γραμμένο ως Β (25/50).

Όπως φαίνεται στο σχήμα 3, 1/Τ (Το T είναι η απόλυτη θερμοκρασία) είναι σε λογαριθμική αναλογία με την τιμή αντίστασης. Φαίνεται ότι η σχέση είναι κοντά σε μια ευθεία γραμμή.

V-I Χαρακτηριστικά των θερμίστορ NTC

Εικόνα 3: Χαρακτηριστικά θερμοκρασίας με οριζόντιο άξονα 1/T

3.3 Χαρακτηριστικά βολτ-αμπέρ (Χαρακτηριστικά V-I)
Τα χαρακτηριστικά V-I των θερμίστορ NTC φαίνονται στο σχήμα 4.

Σταθερά θερμικής διασποράς ανά μονάδα στοιχείου

Εικόνα 4: V-I χαρακτηριστικά θερμίστορ NTC

Στην περιοχή με χαμηλό ρεύμα, η τάση της ωμικής επαφής αυξάνεται σταδιακά καθώς αυξάνεται σταδιακά το ρεύμα. Η αυτοθέρμανση που προκαλείται από τη ροή του ρεύματος δεν προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας της αντίστασης διαχέοντας θερμότητα από την επιφάνεια του θερμίστορ και άλλα μέρη.
Ωστόσο, όταν η παραγωγή θερμότητας είναι μεγάλη, η θερμοκρασία του ίδιου του θερμίστορ αυξάνεται και η τιμή αντίστασης μειώνεται. Σε μια τέτοια περιοχή, η αναλογική σχέση μεταξύ ρεύματος και τάσης δεν ισχύει πλέον.

Γενικά, Τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται σε χώρους όπου η αυτοθέρμανση είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερη. Ως πρότυπο, Συνιστάται το ρεύμα λειτουργίας να διατηρείται κάτω από το μέγιστο ρεύμα λειτουργίας.

Εάν χρησιμοποιείται σε περιοχή που υπερβαίνει την κορυφή της τάσης, Ενδέχεται να εμφανιστούν θερμικές αντιδράσεις, όπως επαναλαμβανόμενη θέρμανση και μειωμένη αντίσταση, με αποτέλεσμα το θερμίστορ να γίνει κόκκινο ή να σπάσει. Αποφύγετε τη χρήση του σε αυτό το εύρος.

3.4 Συντελεστής θερμοκρασίας (α)
Ο ρυθμός μεταβολής του θερμίστορ NTC ανά μονάδα θερμοκρασίας είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας, που υπολογίζεται με τον παρακάτω τύπο.

Παράδειγμα: Όταν η θερμοκρασία είναι κοντά στους 50°C και η σταθερά Β είναι 3380Κ
α = −3380/(273.15 + 50)² × 100 [%/°C] = −3,2 [%/°C]
Επομένως, ο συντελεστής θερμοκρασίας αντίστασης έχει ως εξής.

Θερμική χρονική σταθερά του θερμίστορ NTC

α = − B/T² × 100 [%/°C]

3.5 Σταθερά θερμικής διασποράς (δ)
Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι Τ1, όταν το θερμίστορ καταναλώνει ισχύ P (mw) και η θερμοκρασία του αλλάζει σε Τ2, ισχύει ο παρακάτω τύπος.

P = δ (T2 − T1)

δ είναι η σταθερά θερμικής διασποράς (mW/°C). Ο παραπάνω τύπος μετασχηματίζεται ως εξής.

Μέγιστη μείωση τάσης NCU15

δ = P/ (T2 − T1)

Η σταθερά θερμικής διάχυσης δ αναφέρεται στην ισχύ που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας κατά 1°C υπό συνθήκες αυτοθέρμανσης.

Η σταθερά θερμικής διάχυσης δ προσδιορίζεται από την ισορροπία μεταξύ “αυτοθέρμανση λόγω κατανάλωσης ρεύματος” και “απαγωγή θερμότητας”, και επομένως ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με το περιβάλλον λειτουργίας του θερμίστορ.

Μέγιστο ρεύμα λειτουργίας (Ιοπ), μέγιστη τάση λειτουργίας (Vop)

Ο Murata όρισε την έννοια του “σταθερά θερμικής διασποράς ανά μονάδα στοιχείου”.

3.6 Θερμική χρονική σταθερά (τ)

Όταν ένα θερμίστορ που διατηρείται σε θερμοκρασία T0 αλλάζει ξαφνικά σε θερμοκρασία περιβάλλοντος T1, ο χρόνος που χρειάζεται για να αλλάξει στη θερμοκρασία στόχο Τ1 ονομάζεται θερμική χρονική σταθερά (τ). Συνήθως, αυτή η τιμή αναφέρεται στο χρόνο που απαιτείται για να επιτευχθεί 63.2% της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ Τ0 και Τ1.

Μέθοδος μέτρησης τιμής αντίστασης Murata

Όταν ένα θερμίστορ διατηρείται σε μία θερμοκρασία (T0) εκτίθεται σε άλλη θερμοκρασία (Τ1), η θερμοκρασία αλλάζει εκθετικά, και η θερμοκρασία (Τ) μετά την πάροδο του χρόνου (t) εκφράζεται ως εξής.

Τ = (T1 − T0) (1 − έκφρ (−t/τ) ) + T0

Πάρε t = τ,

Τ = (T1 − T0) (1−1/ε) + T0

(T − T0)/(T1 − T0) ＝ 1 − 1/e ＝ 0.632

Γι' αυτό το τ ορίζεται ως ο χρόνος για να φτάσετε 63.2% της διαφοράς θερμοκρασίας.
Εικόνα 6: Θερμική χρονική σταθερά του θερμίστορ NTC

3.7 Μέγιστη τάση (Vmax)

Η μέγιστη τάση που μπορεί να εφαρμοστεί απευθείας στο θερμίστορ. Όταν η εφαρμοζόμενη τάση υπερβαίνει τη μέγιστη τάση, η απόδοση του προϊόντος θα επιδεινωθεί ή ακόμη και θα καταστραφεί.

Εξάλλου, η θερμοκρασία του εξαρτήματος αυξάνεται λόγω αυτοθέρμανσης. Είναι απαραίτητο να προσέξετε ότι η θερμοκρασία του εξαρτήματος δεν υπερβαίνει το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας.

Χαρακτηριστικά εξόδου κυκλωμάτων γειωμένων με αντίσταση και γειωμένων με θερμίστορ

Εικόνα 7: Μέγιστη μείωση τάσης για τον τύπο NCU15

3.8 Μέγιστο ρεύμα λειτουργίας (Ιοπ), μέγιστη τάση λειτουργίας (Vop)
Ο Murata ορίζει το μέγιστο ρεύμα λειτουργίας και τη μέγιστη τάση λειτουργίας ως το ρεύμα και την τάση στην οποία η αυτοθέρμανση είναι 0,1℃ όταν εφαρμόζεται. Με αναφορά σε αυτή την τιμή, Τα θερμίστορ μπορούν να επιτύχουν πιο ακριβή μέτρηση θερμοκρασίας.

Επομένως, η εφαρμογή ρεύματος/τάσης που υπερβαίνει το μέγιστο ρεύμα/τάση λειτουργίας δεν προκαλεί υποβάθμιση της απόδοσης του θερμίστορ. Ωστόσο, Λάβετε υπόψη ότι η αυτοθέρμανση του εξαρτήματος θα προκαλέσει σφάλματα ανίχνευσης.

Πώς υπολογίζει η Murata το μέγιστο ρεύμα λειτουργίας

Κατά τον υπολογισμό του μέγιστου ρεύματος λειτουργίας, η σταθερά θερμικής διασποράς (1mW/°C) που ορίζεται από το στοιχείο της μονάδας απαιτείται. Η σταθερά θερμικής διάχυσης υποδεικνύει τον βαθμό απαγωγής θερμότητας, αλλά η κατάσταση απαγωγής θερμότητας ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με το περιβάλλον εργασίας.
Το εργασιακό περιβάλλον περιλαμβάνει το υλικό, πάχος, δομή, μέγεθος περιοχής συγκόλλησης, επαφή της εστίας, συσκευασία ρητίνης, και τα λοιπά. του υποστρώματος. Η χρήση του ορισμού εξαρτημάτων μονάδας εξαλείφει τους περιβαλλοντικούς παράγοντες παρεμβολής.
Σύμφωνα με την εμπειρία, η σταθερά θερμικής διάχυσης στην πραγματική χρήση είναι περίπου 3 να 4 φορές αυτή του στοιχείου της μονάδας. Υποθέτοντας ότι η πραγματική σταθερά θερμικής διασποράς είναι 3.5 φορές, το μέγιστο ρεύμα λειτουργίας φαίνεται στην μπλε καμπύλη στο σχήμα. Σε σύγκριση με την περίπτωση του 1mW/°C, είναι τώρα 1.9 φορές (√3,5 φορές).

3.9 Μηδενική τιμή αντίστασης φορτίου
Η τιμή αντίστασης που μετράται σε ρεύμα (δυναμικό) όπου η αυτοθέρμανση είναι αμελητέα. Ως πρότυπο, Συνιστάται η χρήση του μέγιστου ρεύματος λειτουργίας.

Ρύθμιση τιμής R και αλλαγή χαρακτηριστικών εξόδου

Εικόνα 9: Μέθοδος μέτρησης τιμής αντίστασης Murata

4. Τρόπος χρήσης
4.1 Διάγραμμα κυκλώματος
Η τάση εξόδου μπορεί να διαφέρει ανάλογα με το διάγραμμα καλωδίωσης του θερμίστορ NTC. Μπορείτε να το προσομοιώσετε στην ακόλουθη διεύθυνση URL στον επίσημο ιστότοπο της Murata.

SimSurfing: NTC Thermistor Simulator (murata.co.jp)
Εικόνα 10 Χαρακτηριστικά εξόδου κυκλωμάτων γείωσης αντιστάσεων και θερμίστορ
4.2 Ρύθμιση του R1 (αντίσταση διαιρέτη τάσης), R2 (παράλληλη αντίσταση), R3 (αντίσταση σειράς)

Η τάση εξόδου μπορεί να διαφέρει ανάλογα με το διάγραμμα κυκλώματος.
Εικόνα 11 Ρύθμιση τιμής R και αλλαγή χαρακτηριστικών εξόδου

4.3 Υπολογισμός του σφάλματος ανίχνευσης χρησιμοποιώντας το επίσημο εργαλείο του Murata

Επιλέξτε τις σχετικές παραμέτρους του θερμίστορ NTC και τις σχετικές παραμέτρους του κυκλώματος διαιρέτη τάσης (τάση αναφοράς και αντίσταση διαιρέτη τάσης, ακρίβεια αντίστασης), και στη συνέχεια η καμπύλη σφάλματος της ανίχνευσης θερμοκρασίας μπορεί να δημιουργηθεί κανονικά, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:
Εικόνα 12 Δημιουργία καμπύλης σφάλματος ανίχνευσης θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας επίσημα εργαλεία