Sonda e cavo personalizzati per sensore NTC in Cina

La sonda e il cavo del sensore rappresentano la forma di imballaggio del sensore, che è l'unità base del sensore. Il sensore è confezionato attraverso un circuito elettronico ragionevole e una struttura di confezionamento esterna. Ha alcuni componenti funzionali indipendenti di cui abbiamo bisogno. Come il sensore, di solito è diviso in: Sonda termistore NTC, Sonda PT100, Sonda PT1000, Sonda Ds18b20, sonda temperatura acqua, sonda sensore automobilistico, Sonda RTD, sonda di controllo della temperatura, sonda di regolazione della temperatura, sonda del sensore dell'elettrodomestico, ecc.

Sonda sensore Ds18b20 con cavo

Sonda controllo temperatura con cavo

Sonda sensore di temperatura PT100 con cavo

Una struttura della sonda NTC basata sulla previsione della temperatura e sul relativo metodo di misurazione della temperatura, la sonda include: più sonde NTC; guscio di rame; struttura metallica di sostegno, filo e conduttore di calore.
Fare un passo 1, tra m sonde NTC, ottenere le temperature T0, T1, …, Tn misurata ad intervalli di tempo uguali attraverso ciascuna sonda NTC, dove n rappresenta il numero seriale della temperatura raccolta;
Fare un passo 2, calcolare la differenza di temperatura vn=TnTn1 raccolta in momenti di misurazione della temperatura adiacenti;
Fare un passo 3, calcolare il parametro α=vn/vn1;
Fare un passo 4, calcolare la temperatura prevista Tp=Tn1+vn/(1UN) di una singola sonda;
Fare un passo 5, calcolare la temperatura misurata Tb. La presente invenzione può ridurre ulteriormente l'errore e ha una buona applicabilità generale.

Analisi completa dei termistori!

🤔 Sai cos'è un termistore? È un piccolo esperto di circuiti elettronici!

👍 Termistori, in termini semplici, sono un tipo di elemento sensibile in grado di regolare il proprio valore di resistenza in base alle variazioni di temperatura.

🔥 Termistore a coefficiente di temperatura positivo (PTC), Quando la temperatura aumenta, il suo valore di resistenza aumenterà in modo significativo. Questa caratteristica lo fa brillare nei circuiti di controllo automatico!

Sonda sensore temperatura acqua con cavo

Sensore NTC forno sonda BBQ con cavo

Sonda e cavo del sensore NTC

❄️ Il termistore a coefficiente di temperatura negativo (NTC) è il contrario, con la resistenza che diminuisce quando la temperatura aumenta. Negli elettrodomestici, viene spesso utilizzato per l'avvio graduale, circuiti di rilevamento e controllo automatici.

💡 Ora hai una comprensione più profonda dei termistori! Nel mondo elettronico, è un ruolo indispensabile!

1. Introduzione all'NTC
Il termistore NTC è un termistore che prende il nome dall'acronimo di Negative Temperature Coefficient. Generalmente, il termine “termistore” si riferisce ai termistori NTC. È stato scoperto da Michael Faraday, che all'epoca stava studiando i semiconduttori al solfuro d'argento, In 1833, e commercializzato da Samuel Reuben negli anni '30. Il termistore NTC è un semiconduttore ceramico a base di ossido composto da manganese (Mn), nichel (In) e cobalto (Co).
Può essere visto ovunque nella nostra vita. Per la caratteristica che la resistenza diminuisce con l'aumentare della temperatura, non viene utilizzato solo come dispositivo di rilevamento della temperatura nei termometri e nei condizionatori d'aria, o un dispositivo di controllo della temperatura negli smartphone, bollitori e ferri da stiro, ma utilizzato anche per il controllo della corrente nelle apparecchiature di alimentazione. Recentemente, all’aumentare del grado di elettrificazione dei veicoli, i termistori vengono sempre più utilizzati nei prodotti automobilistici.

2. Principio di funzionamento
Generalmente, la resistenza dei metalli aumenta all'aumentare della temperatura. Questo perché il calore intensifica la vibrazione del reticolo, e la velocità media di movimento degli elettroni liberi diminuisce di conseguenza.

Al contrario, la percentuale di elettroni liberi e lacune nei semiconduttori aumenta a causa della conduzione del calore, e questa parte è maggiore della proporzione della parte dove la velocità diminuisce, quindi il valore della resistenza diminuisce.

Inoltre, a causa dell'esistenza del gap di banda nei semiconduttori, quando riscaldato esternamente, gli elettroni nella banda di valenza si spostano nella banda di conduzione e conducono l'elettricità. In altre parole, il valore della resistenza diminuisce all'aumentare della temperatura.

3. Caratteristiche di base
3.1 Caratteristiche resistenza-temperatura (Caratteristiche R-T)
Il valore di resistenza di un termistore NTC viene misurato con una corrente con autoriscaldamento sufficientemente basso (calore generato dalla corrente applicata). Di serie, si consiglia di utilizzare la massima corrente operativa. E, il valore della resistenza deve essere espresso in coppia con la temperatura.
La curva caratteristica è descritta dalla seguente formula:

R0, R1: valore di resistenza alla temperatura T0, T1

T0, T1: temperatura assoluta

B: costante B

Caratteristiche R-T dei termistori NTC

Figura 1: Caratteristica R-T del termistore NTC

3.2 costante B
La costante B è un singolo valore che caratterizza il termistore NTC. La regolazione della costante B richiede sempre due punti. La costante B descrive la pendenza dei due punti.
Se i due punti sono diversi, anche la costante B sarà diversa, quindi per favore presta attenzione quando confronti. (Vedere la figura 2)

L'asse orizzontale è la caratteristica della temperatura di 1-T

Figura 2: Diverse costanti B selezionate in 2 punti

Da questo, si può vedere che B è la pendenza di lnR vs. 1/Curva T:

Murata utilizza 25°C e 50°C per definire la costante B, scritto come B (25/50).

Come mostrato in Figura 3, 1/T (T è la temperatura assoluta) è in proporzione logaritmica al valore della resistenza. Si può vedere che la relazione è vicina ad una linea retta.

V-I Caratteristiche dei termistori NTC

Figura 3: Caratteristiche di temperatura con 1/T come asse orizzontale

3.3 Caratteristiche volt-ampere (Caratteristiche V-I)
Le caratteristiche V-I dei termistori NTC sono mostrate in Figura 4.

Costante di dissipazione termica per unità di elemento

Figura 4: Caratteristiche V-I dei termistori NTC

Nella zona con bassa corrente, la tensione del contatto ohmico aumenta gradualmente all'aumentare della corrente. L'autoriscaldamento causato dal flusso di corrente non provoca un aumento della temperatura del resistore dissipando il calore dalla superficie del termistore e da altre parti.
Tuttavia, quando la generazione di calore è grande, la temperatura del termistore stesso aumenta e il valore della resistenza diminuisce. In una zona del genere, la relazione proporzionale tra corrente e tensione non è più valida.

Generalmente, i termistori vengono utilizzati in un'area in cui l'autoriscaldamento è il più basso possibile. Di serie, si consiglia di mantenere la corrente operativa al di sotto della corrente operativa massima.

Se utilizzato in un'area che supera il picco di tensione, thermal runaway reactions such as repeated heating and reduced resistance may occur, causing the thermistor to turn red or break. Please avoid using it in this range.

3.4 Coefficiente di temperatura della resistenza (UN)
The rate of change of the NTC thermistor per unit temperature is the temperature coefficient, which is calculated by the following formula.

Esempio: When the temperature is close to 50°C and the B constant is 3380K
α = −3380/(273.15 + 50)² × 100 [%/°C] = −3.2 [%/°C]
Perciò, the temperature coefficient of resistance is as follows.

Thermal Time Constant of NTC Thermistor

α = − B/T² × 100 [%/°C]

3.5 Thermal dissipation constant (δ)
When the ambient temperature is T1, when the thermistor consumes power P (mw) and its temperature changes to T2, the following formula holds.

P = δ (T2 − T1)

δ is the thermal dissipation constant (mW/°C). La formula precedente viene trasformata come segue.

Declassamento della tensione massima NCU15

δ = P/ (T2 − T1)

La costante di dissipazione termica δ si riferisce alla potenza necessaria per aumentare la temperatura di 1°C in condizioni di autoriscaldamento.

La costante di dissipazione termica δ è determinata dal bilancio tra “riscaldamento autonomo per consumo elettrico” E “dissipazione del calore”, e pertanto varia in modo significativo a seconda dell'ambiente operativo del termistore.

Corrente operativa massima (Io), tensione operativa massima (Vop)

Murata ha definito il concetto di “costante di dissipazione termica per unità di elemento”.

3.6 Costante di tempo termica (T)

Quando un termistore mantenuto alla temperatura T0 viene improvvisamente portato alla temperatura ambiente T1, il tempo necessario per raggiungere la temperatura target T1 è chiamato costante di tempo termica (T). Generalmente, questo valore si riferisce al tempo necessario per raggiungere 63.2% della differenza di temperatura tra T0 e T1.

Metodo di misurazione del valore di resistenza di Murata

Quando un termistore viene mantenuto ad una temperatura (T0) è esposto ad un'altra temperatura (T1), la temperatura cambia esponenzialmente, e la temperatura (T) dopo il trascorrere del tempo (T) è espresso come segue.

T = (T1-T0) (1 − esp (−t/t) ) + T0

Prendiamo t = τ,

T = (T1-T0) (1−1/e) + T0

(T − T0)/(T1-T0) ＝ 1 − 1/e ＝ 0.632

Ecco perché τ viene specificato come tempo da raggiungere 63.2% della differenza di temperatura.
Figura 6: Costante di tempo termica del termistore NTC

3.7 Voltaggio massimo (Vmax)

La tensione massima che può essere applicata direttamente al termistore. Quando la tensione applicata supera la tensione massima, le prestazioni del prodotto si deterioreranno o addirittura verranno distrutte.

Inoltre, la temperatura del componente aumenta a causa dell'autoriscaldamento. È necessario prestare attenzione che la temperatura del componente non superi il range di temperatura di esercizio.

Caratteristiche di uscita dei circuiti con resistore e termistore a terra

Figura 7: Declassamento massimo della tensione per il tipo NCU15

3.8 Corrente operativa massima (Io), tensione operativa massima (Vop)
Murata definisce la corrente operativa massima e la tensione operativa massima come la corrente e la tensione alla quale l'autoriscaldamento è di 0,1 ℃ quando applicato. Con riferimento a questo valore, i termistori possono ottenere misurazioni della temperatura più accurate.

Perciò, l'applicazione di corrente/tensione superiore alla corrente/tensione operativa massima non provoca un degrado delle prestazioni del termistore. Tuttavia, si tenga presente che l'autoriscaldamento del componente causerà errori di rilevamento.

Come Murata calcola la corrente operativa massima

Quando si calcola la corrente operativa massima, la costante di dissipazione termica (1mW/°C) definito dal componente dell'unità è obbligatorio. La costante di dissipazione termica indica il grado di dissipazione del calore, ma lo stato di dissipazione del calore varia notevolmente a seconda dell'ambiente di lavoro.
L'ambiente di lavoro include il materiale, spessore, struttura, dimensione dell'area di saldatura, contatto con piastra calda, confezione in resina, ecc. del substrato. L'uso della definizione dei componenti dell'unità elimina i fattori di interferenza ambientale.
Secondo l'esperienza, la costante di dissipazione termica nell'uso reale è di circa 3 A 4 volte quello del componente unitario. Supponendo che la costante di dissipazione termica effettiva sia 3.5 volte, la corrente operativa massima è mostrata nella curva blu in figura. Rispetto al caso di 1mW/°C, è adesso 1.9 volte (√3,5 volte).

3.9 Valore di resistenza al carico zero
Il valore di resistenza misurato a una corrente (voltaggio) dove l’autoriscaldamento è trascurabile. Di serie, si consiglia di utilizzare la massima corrente operativa.

Regolazione del valore R e modifica delle caratteristiche di uscita

Figura 9: Metodo di misurazione del valore di resistenza di Murata

4. Come usare
4.1 Schema elettrico
La tensione di uscita può variare a seconda dello schema elettrico del termistore NTC. Puoi simularlo al seguente URL sul sito ufficiale di Murata.

SimSurf: Simulatore di termistore NTC (murata.co.jp)
Figura 10 Caratteristiche di uscita dei circuiti di messa a terra del resistore e del termistore
4.2 Regolazione di R1 (Resistore partitore di tensione), R2 (resistore parallelo), R3 (resistore in serie)

La tensione di uscita può variare in base allo schema elettrico.
Figura 11 Regolazione del valore R e modifica delle caratteristiche di uscita

4.3 Calcolo dell'errore di rilevamento utilizzando lo strumento ufficiale di Murata

Selezionare i parametri rilevanti del termistore NTC e i parametri rilevanti del circuito divisore di tensione (tensione di riferimento e resistenza partitore di tensione, precisione della resistenza), quindi la curva di errore del rilevamento della temperatura può essere generata normalmente, come mostrato nella figura seguente:
Figura 12 Generazione di una curva di errore di rilevamento della temperatura utilizzando strumenti ufficiali