China Aangepaste NTC-sensorsonde en kabel

Sensorsonde en -kabel zijn de verpakkingsvorm van de sensor, wat de meest elementaire eenheid van de sensor is. De sensor is verpakt via een redelijk elektronisch circuit en een externe verpakkingsstructuur. Het heeft een aantal onafhankelijke functionele componenten die we nodig hebben. Zoals de sensor, het is meestal verdeeld in: NTC-thermistorsonde, PT100 sonde, PT1000 sonde, Ds18b20-sonde, sonde voor watertemperatuur, sensorsonde voor auto's, RTD's onderzoeken, temperatuur controle sonde, sonde voor temperatuurregeling, sensorsonde voor huishoudelijke apparaten, enz.

Ds18b20 sensorsonde met kabel

Temperatuurregelsonde met kabel

PT100 temperatuursensorsonde met kabel

Een NTC-sondestructuur gebaseerd op temperatuurvoorspelling en de temperatuurmeetmethode, de sonde omvat: meerdere NTC-sondes; koperen schaal; metalen draagconstructie, draad en warmtegeleider.
Stap 1, onder m NTC-sondes, verkrijg de temperaturen T0, T1, …, Tn gemeten met gelijke tijdsintervallen door elke NTC-sonde, waarbij n het serienummer van de verzamelde temperatuur vertegenwoordigt;
Stap 2, bereken het temperatuurverschil vn=TnTn1 verzameld op aangrenzende temperatuurmeettijden;
Stap 3, bereken de parameter α=vn/vn1;
Stap 4, bereken de voorspelde temperatuur Tp=Tn1+vn/(1A) van één enkele sonde;
Stap 5, bereken de gemeten temperatuur Tb. De onderhavige uitvinding kan de fout verder verminderen en heeft een goede algemene toepasbaarheid.

Volledige analyse van thermistors!

🤔 Weet jij wat een thermistor is? Het is een kleine expert op het gebied van elektronische schakelingen!

👍 Thermistoren, in eenvoudige bewoordingen, zijn een soort gevoelig element dat de weerstandswaarde kan aanpassen aan temperatuurveranderingen.

🔥 Thermistor met positieve temperatuurcoëfficiënt (PTC), Wanneer de temperatuur stijgt, de weerstandswaarde zal aanzienlijk toenemen. Deze functie laat het schitteren in automatische regelcircuits!

Sonde watertemperatuursensor met kabel

BBQ-sondeoven NTC-sensor met kabel

NTC-sensorsonde en kabel

❄️ De thermistor met negatieve temperatuurcoëfficiënt (NTC) is het tegenovergestelde, waarbij de weerstand afneemt als de temperatuur stijgt. Bij huishoudelijke apparaten, het wordt vaak gebruikt voor een zachte start, automatische detectie- en regelcircuits.

💡 Nu heb je een beter begrip van thermistors! In de elektronische wereld, het is een onmisbare rol!

1. Introductie tot NTC
NTC-thermistor is een thermistor genoemd naar het acroniem van Negatieve Temperatuurcoëfficiënt. Gebruikelijk, de termijn “thermistor” verwijst naar NTC-thermistors. Het werd ontdekt door Michael Faraday, die destijds zilversulfide-halfgeleiders bestudeerde, in 1833, en gecommercialiseerd door Samuel Reuben in de jaren dertig. NTC-thermistor is een oxide-halfgeleiderkeramiek bestaande uit mangaan (Mn), nikkel (In) en kobalt (Co).
Het is overal in ons leven te zien. Vanwege het kenmerk dat de weerstand afneemt naarmate de temperatuur stijgt, het wordt niet alleen gebruikt als temperatuursensor in thermometers en airconditioners, of een temperatuurregelapparaat in smartphones, waterkokers en strijkijzers, maar ook gebruikt voor stroomregeling in voedingsapparatuur. Onlangs, naarmate de mate van elektrificatie van voertuigen toeneemt, Thermistoren worden steeds vaker gebruikt in autoproducten.

2. Werkend principe
Algemeen, de weerstand van metalen neemt toe naarmate de temperatuur stijgt. Dit komt omdat warmte de roostervibratie intensiveert, en de gemiddelde bewegingssnelheid van vrije elektronen neemt dienovereenkomstig af.

In tegenstelling, het aandeel vrije elektronen en gaten in halfgeleiders neemt toe als gevolg van warmtegeleiding, en dit deel is groter dan het deel van het deel waar de snelheid afneemt, dus de weerstandswaarde neemt af.

In aanvulling, vanwege het bestaan van de bandkloof in halfgeleiders, wanneer extern verwarmd, elektronen in de valentieband verplaatsen zich naar de geleidingsband en geleiden elektriciteit. Met andere woorden, de weerstandswaarde neemt af naarmate de temperatuur stijgt.

3. Basiskenmerken
3.1 Weerstand-temperatuurkarakteristieken (R-T-kenmerken)
De weerstandswaarde van een NTC-thermistor wordt gemeten bij een stroom met voldoende lage zelfopwarming (warmte gegenereerd als gevolg van de toegepaste stroom). Als standaard, het wordt aanbevolen om de maximale bedrijfsstroom te gebruiken. En, de weerstandswaarde moet in paren met de temperatuur worden uitgedrukt.
De karakteristieke curve wordt beschreven door de volgende formule:

R0, R1: weerstandswaarde bij temperatuur T0, T1

T0, T1: absolute temperatuur

B: B constant

R-T-kenmerken van NTC-thermistors

Figuur 1: R-T-karakteristiek van NTC-thermistor

3.2 B constant
De B-constante is een enkele waarde die de NTC-thermistor karakteriseert. Voor het aanpassen van de B-constante zijn altijd twee punten nodig. De B-constante beschrijft de helling van de twee punten.
Als de twee punten verschillend zijn, de B-constante zal ook anders zijn, Let dus goed op bij het vergelijken. (Zie afbeelding 2)

De horizontale as is de temperatuurkarakteristiek van 1-T

Figuur 2: Verschillende B-constanten geselecteerd bij 2 punten

Hiervan, het is te zien dat B de helling is van de lnR vs. 1/T-curve:

Murata gebruikt 25°C en 50°C om de B-constante te definiëren, geschreven als B (25/50).

Zoals getoond in figuur 3, 1/T (T is de absolute temperatuur) staat in logaritmische verhouding tot de weerstandswaarde. Het is duidelijk dat de relatie bijna een rechte lijn is.

V-I Kenmerken van NTC-thermistors

Figuur 3: Temperatuurkarakteristieken met 1/T als horizontale as

3.3 Volt-ampère-karakteristieken (V-I-kenmerken)
De V-I-karakteristieken van NTC-thermistors worden weergegeven in de figuur 4.

Thermische dissipatieconstante per eenheidselement

Figuur 4: V-I-karakteristieken van NTC-thermistors

In het gebied met lage stroming, de spanning van het ohmse contact neemt geleidelijk toe naarmate de stroom geleidelijk toeneemt. De zelfverhitting veroorzaakt door de stroomstroom zorgt er niet voor dat de temperatuur van de weerstand stijgt door warmte af te voeren van het oppervlak van de thermistor en andere onderdelen.
Echter, wanneer de warmteontwikkeling groot is, de temperatuur van de thermistor zelf stijgt en de weerstandswaarde neemt af. In zo'n gebied, de proportionele relatie tussen stroom en spanning houdt niet langer stand.

Algemeen, thermistors worden gebruikt in een ruimte waar de zelfopwarming zo laag mogelijk is. Als standaard, het wordt aanbevolen de bedrijfsstroom onder de maximale bedrijfsstroom te houden.

Indien gebruikt in een gebied waar de spanningspiek wordt overschreden, Er kunnen thermische op hol geslagen reacties optreden, zoals herhaalde verhitting en verminderde weerstand, waardoor de thermistor rood wordt of breekt. Vermijd het gebruik ervan in dit bereik.

3.4 Temperatuurweerstandscoëfficiënt (A)
De veranderingssnelheid van de NTC-thermistor per eenheidstemperatuur is de temperatuurcoëfficiënt, die wordt berekend met de volgende formule.

Voorbeeld: Wanneer de temperatuur dichtbij 50°C ligt en de B-constante 3380K is
α = −3380/(273.15 + 50)²× 100 [%/°C] = −3,2 [%/°C]
Daarom, de temperatuurweerstandscoëfficiënt is als volgt.

Thermische tijdconstante van NTC-thermistor

α = − B/T² × 100 [%/°C]

3.5 Thermische dissipatieconstante (D)
Wanneer de omgevingstemperatuur T1 is, wanneer de thermistor stroom P verbruikt (MW) en de temperatuur verandert naar T2, geldt de volgende formule.

P = d (T2 − T1)

δ is de thermische dissipatieconstante (mW/°C). De bovenstaande formule wordt als volgt omgezet.

NCU15 maximale spanningsderating

δ = P/ (T2 − T1)

De thermische dissipatieconstante δ verwijst naar het vermogen dat nodig is om de temperatuur met 1°C te verhogen onder zelfverhittingsomstandigheden.

De thermische dissipatieconstante δ wordt bepaald door het evenwicht tussen “zelfverhitting door stroomverbruik” En “warmteafvoer”, en varieert daarom aanzienlijk, afhankelijk van de bedrijfsomgeving van de thermistor.

Maximale bedrijfsstroom (Iop), maximale bedrijfsspanning (Vop)

Murata definieerde het concept van “thermische dissipatieconstante per eenheidselement”.

3.6 Thermische tijdconstante (T)

Wanneer een thermistor die op temperatuur T0 wordt gehouden, plotseling wordt gewijzigd naar omgevingstemperatuur T1, de tijd die nodig is om naar de doeltemperatuur T1 te gaan, wordt de thermische tijdconstante genoemd (T). Gebruikelijk, deze waarde verwijst naar de tijd die nodig is om te bereiken 63.2% van het temperatuurverschil tussen T0 en T1.

Murata's meetmethode voor de weerstandswaarde

Wanneer een thermistor op één temperatuur wordt gehouden (T0) wordt blootgesteld aan een andere temperatuur (T1), de temperatuur verandert exponentieel, en de temperatuur (T) na het verstrijken van de tijd (T) wordt als volgt uitgedrukt.

T = (T1 − T0) (1 − exp (−t/t) ) + T0

Neem t = τ,

T = (T1 − T0) (1−1/e) + T0

(T − T0)/(T1 − T0) = 1 − 1/e＝ 0.632

Daarom wordt τ gespecificeerd als de te bereiken tijd 63.2% van het temperatuurverschil.
Figuur 6: Thermische tijdconstante van NTC-thermistor

3.7 Maximale spanning (Vmax)

De maximale spanning die rechtstreeks op de thermistor kan worden toegepast. Wanneer de aangelegde spanning de maximale spanning overschrijdt, de productprestaties zullen verslechteren of zelfs vernietigd worden.

In aanvulling, de temperatuur van het onderdeel stijgt als gevolg van zelfverhitting. Er moet op worden gelet dat de temperatuur van het onderdeel het bedrijfstemperatuurbereik niet overschrijdt.

Uitgangskarakteristieken van weerstandsgeaarde en thermistor-geaarde circuits

Figuur 7: Maximale spanningsderating voor type NCU15

3.8 Maximale bedrijfsstroom (Iop), maximale bedrijfsspanning (Vop)
Murata definieert de maximale bedrijfsstroom en maximale bedrijfsspanning als de stroom en spanning waarbij zelfverhitting 0,1 ℃ bedraagt wanneer toegepast. Met verwijzing naar deze waarde, thermistors kunnen een nauwkeurigere temperatuurmeting bereiken.

Daarom, het aanleggen van stroom/spanning die de maximale bedrijfsstroom/-spanning overschrijdt, veroorzaakt geen verslechtering van de prestaties van de thermistor. Echter, Houd er rekening mee dat zelfverhitting van het onderdeel detectiefouten veroorzaakt.

Hoe Murata de maximale bedrijfsstroom berekent

Bij het berekenen van de maximale bedrijfsstroom, de thermische dissipatieconstante (1mW/°C) gedefinieerd door de eenheidscomponent is vereist. De thermische dissipatieconstante geeft de mate van warmtedissipatie aan, maar de toestand van de warmtedissipatie varieert sterk, afhankelijk van de werkomgeving.
De werkomgeving omvat het materiaal, dikte, structuur, grootte van het soldeergebied, contact met kookplaat, hars verpakking, enz. van het substraat. Het gebruik van de eenheidscomponentdefinitie elimineert omgevingsinterferentiefactoren.
Volgens ervaring, de thermische dissipatieconstante bij feitelijk gebruik is ongeveer 3 naar 4 maal die van de eenheidscomponent. Ervan uitgaande dat de werkelijke thermische dissipatieconstante gelijk is 3.5 keer, de maximale bedrijfsstroom wordt weergegeven in de blauwe curve in de afbeelding. Vergeleken met het geval van 1 mW/°C, het is nu 1.9 keer (√3,5 keer).

3.9 Nul belastingsweerstandswaarde
De weerstandswaarde gemeten bij een stroomsterkte (spanning) waar zelfopwarming verwaarloosbaar is. Als standaard, het wordt aanbevolen om de maximale bedrijfsstroom te gebruiken.

Aanpassing van de R-waarde en verandering van de uitgangskarakteristieken

Figuur 9: Murata's meetmethode voor de weerstandswaarde

4. Hoe te gebruiken
4.1 Schakelschema
De uitgangsspanning kan variëren afhankelijk van het bedradingsschema van de NTC-thermistor. Je kunt het simuleren op de volgende URL op de officiële website van Murata.

Simsurfen: NTC-thermistorsimulator (murata.co.jp)
Figuur 10 Uitgangskarakteristieken van weerstands- en thermistor-aardingscircuits
4.2 Aanpassing van R1 (spanningsdeler weerstand), R2 (parallelle weerstand), R3 (serie weerstand)

De uitgangsspanning kan variëren afhankelijk van het schakelschema.
Figuur 11 Aanpassing van de R-waarde en verandering van de uitgangskarakteristieken

4.3 Berekening van de detectiefout met behulp van de officiële tool van Murata

Selecteer de relevante parameters van de NTC-thermistor en de relevante parameters van het spanningsdelercircuit (referentiespanning en spanningsdelerweerstand, nauwkeurigheid van de weerstand), en dan kan de foutcurve van de temperatuurdetectie normaal worden gegenereerd, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding:
Figuur 12 Foutcurve voor temperatuurdetectie genereren met behulp van officiële tools