Hvordan velge riktig termistor for en temperatursensor?

Når du står overfor tusenvis av NTC-termistortyper, å velge den rette kan være ganske overveldende. I denne tekniske artikkelen, Jeg vil lede deg gjennom noen av de viktige parameterne du bør huske på når du velger en termistor. Dette gjelder spesielt når man skal velge mellom de to vanlige typene termistorer som brukes til temperaturføling: negativ temperaturkoeffisient NTC-termistorer eller silisiumbaserte lineære termistorer. NTC termistorer er mye brukt på grunn av deres lave pris, men gir lavere nøyaktighet ved ekstreme temperaturer. Silisiumbaserte lineære termistorer gir bedre ytelse og høyere nøyaktighet over et bredere temperaturområde, men er generelt dyrere. Som vi vil se nedenfor, andre lineære termistorer kommer på markedet som tilbyr mer kostnadseffektive, alternativer med høy ytelse. Bidrar til å dekke et bredt spekter av temperaturfølingsbehov uten å øke den totale kostnaden for løsningen.

Velge riktig sonde for temperaturføling

Velge riktig NTC termistor for temperaturføler

Velge riktig NTC termistorsensor

Den riktige termistoren for din applikasjon vil avhenge av mange parametere, slik som:
· Stikkliste (BOM) koste;
· Motstandstoleranse;
· Kalibreringspunkter;
· Følsomhet (endring i motstand per grad Celsius);
· Selvoppvarming og sensordrift;

BOM-kostnad
Termistorer i seg selv er ikke dyre. Siden de er diskrete, deres spenningsfall kan endres ved å bruke ekstra kretser. For eksempel, hvis du bruker en ikke-lineær NTC-termistor og ønsker et lineært spenningsfall over enheten, du kan velge å legge til en ekstra motstand for å oppnå denne egenskapen. Imidlertid, et annet alternativ som kan redusere stykkliste og totale løsningskostnader er å bruke en lineær termistor som gir ønsket spenningsfall alene. Den gode nyheten er det med vår nye lineære termistorfamilie, begge deler er mulig. Dette betyr at ingeniører kan forenkle design, redusere systemkostnadene, og redusere kretskort (PCB) layoutstørrelse med minst 33%.

Motstandstoleranse
Termistorer er kategorisert etter deres motstandstoleranse ved 25°C, men dette beskriver ikke fullt ut hvordan de endrer seg over temperatur. Du kan bruke minimum, typisk, og maksimale motstandsverdier gitt i enhetens motstand vs. temperatur (R-T) tabell i et designverktøy eller dataark for å beregne toleransen over et spesifikt temperaturområde av interesse.

For å illustrere hvordan toleranser endres med termistorteknologi, la oss sammenligne en NTC og vår TMP61 silisiumbaserte termistor. De er begge vurdert for en motstandstoleranse på ±1 %. Figur 1 illustrerer at motstandstoleransen til begge enhetene øker når temperaturen beveger seg bort fra 25°C, men det er stor forskjell mellom de to ved de ekstreme temperaturene. Det er viktig å beregne denne forskjellen slik at du kan velge en enhet som opprettholder en lavere toleranse over det aktuelle temperaturområdet.

Hvordan velge riktig termistor for temperatursensoren

Figur 1: Motstandstoleranse: NTC vs. TMP61

Kalibreringspunkter
Å ikke vite hvor termistoren er innenfor motstandstoleranseområdet vil forringe systemytelsen fordi du trenger en bredere feilmargin. Kalibrering vil fortelle deg hvilken motstandsverdi du kan forvente, som kan hjelpe deg med å redusere feilmarginen betraktelig. Imidlertid, det er et ekstra trinn i produksjonsprosessen, så kalibrering bør holdes på et minimum.

Antall kalibreringspunkter avhenger av typen termistor som brukes og applikasjonens temperaturområde. For smale temperaturområder, ett kalibreringspunkt er passende for de fleste termistorer. For applikasjoner som krever et bredt temperaturområde, du har to alternativer: 1) kalibrer tre ganger med en NTC (dette skyldes deres lave følsomhet ved ekstreme temperaturer og høyere motstandstoleranse). Eller 2) kalibrer én gang med en silisiumbasert lineær termistor, som er mer stabil enn en NTC.

Følsomhet
En stor endring i motstand per grad Celsius (følsomhet) er bare en av utfordringene når man prøver å få god nøyaktighet fra en termistor. Imidlertid, med mindre du får motstandsverdien rett i programvaren, enten gjennom kalibrering eller ved å velge en termistor med lav motstandstoleranse, stor følsomhet hjelper ikke.

NTC-er har svært høy følsomhet ved lave temperaturer fordi motstandsverdien reduseres eksponentielt, men de faller også dramatisk når temperaturen øker. Silisiumbaserte lineære termistorer har ikke samme høye følsomhet som NTC-er, så de gir stabile målinger over hele temperaturområdet. Når temperaturen øker, følsomheten til silisiumbaserte lineære termistorer overstiger vanligvis NTC-er ved omtrent 60 °C.

Selvoppvarming og sensordrift
Termistorer sprer energi som varme, som kan påvirke målenøyaktigheten deres. Mengden varme som spres avhenger av mange parametere, inkludert materialsammensetningen og strømmen som flyter gjennom enheten.

Sensordrift er mengden en termistor driver over tid, vanligvis spesifisert i dataarket via en akselerert levetidstest gitt som en prosentvis endring i motstandsverdi. Hvis applikasjonen din krever lang levetid med konsekvent følsomhet og nøyaktighet, velg en termistor med lav selvoppvarming og liten sensordrift.

Så når bør du bruke en lineær silisiumtermistor som TMP61 over en NTC?
Ser på tabellen 1, du kan se det for samme pris, du kan dra nytte av lineariteten og stabiliteten til en lineær silisiumtermistor i nesten alle situasjoner innenfor det spesifiserte driftstemperaturområdet til en lineær silisiumtermistor. Silisium lineære termistorer er også tilgjengelige i kommersielle og bilversjoner og i standard 0402 og 0603 pakker som er vanlige for overflatemonterte NTC-er.

Bord 1: NTC vs. TI silisium lineære termistorer

For en komplett R-T-tabell for TI-termistorer og en enkel temperaturkonverteringsmetode med eksempelkode, last ned vårt Thermistor Design Tool.