Kina tilpasset NTC-sensorsonde og kabel

Sensorsonde og kabel er emballasjeformen til sensoren, som er den mest grunnleggende enheten til sensoren. Sensoren er pakket gjennom en rimelig elektronisk krets og ekstern emballasjestruktur. Den har noen uavhengige funksjonelle komponenter vi trenger. Som sensoren, det er vanligvis delt inn i: NTC termistorprobe, PT100 sonde, PT1000 sonde, Ds18b20 sonde, vanntemperaturføler, sensorsonde for biler, RTD-sonde, temperaturkontrollsonde, temperaturjusteringssonde, sensorsonde for husholdningsapparater, osv.

Ds18b20 sensorsonde med kabel

Temperaturkontrollsonde med kabel

PT100 temperaturfølersonde med kabel

En NTC-sondestruktur basert på temperaturprediksjon og dens temperaturmålingsmetode, sonden inkluderer: flere NTC-sonder; kobberskall; støttestruktur av metall, ledning og varmeleder.
Skritt 1, blant m NTC-sonder, få temperaturene T0, T1, …, Tn målt med like tidsintervaller gjennom hver NTC-sonde, hvor n representerer serienummeret til den innsamlede temperaturen;
Skritt 2, beregne temperaturforskjellen vn=TnTn1 samlet ved tilstøtende temperaturmåletider;
Skritt 3, beregne parameteren α=vn/vn1;
Skritt 4, beregne den forutsagte temperaturen Tp=Tn1+vn/(1en) av en enkelt sonde;
Skritt 5, beregne den målte temperaturen Tb. Den foreliggende oppfinnelse kan ytterligere redusere feilen og har god generell anvendelighet.

Full analyse av termistorer!

🤔 Vet du hva en termistor er? Det er en liten ekspert på elektroniske kretser!

👍 Termistorer, i enkle ordelag, er en type følsomme elementer som kan justere motstandsverdien i henhold til temperaturendringer.

🔥 Positiv temperaturkoeffisient termistor (PTC), når temperaturen stiger, motstandsverdien vil øke betydelig. Denne funksjonen får den til å skinne i automatiske kontrollkretser!

Vanntemperaturfølersonde med kabel

BBQ sonde ovn NTC sensor med kabel

NTC sensorsonde og kabel

❄️ Den negative temperaturkoeffisienttermistoren (NTC) er det motsatte, med motstanden som avtar når temperaturen stiger. I husholdningsapparater, den brukes ofte til myk start, automatiske deteksjons- og kontrollkretser.

💡 Nå har du en dypere forståelse av termistorer! I den elektroniske verden, det er en uunnværlig rolle!

1. Introduksjon til NTC
NTC termistor er en termistor oppkalt etter akronymet Negative Temperature Coefficient. Vanligvis, begrepet “termistor” refererer til NTC termistorer. Det ble oppdaget av Michael Faraday, som studerte sølvsulfid-halvledere på den tiden, i 1833, og kommersialisert av Samuel Reuben på 1930-tallet. NTC termistor er en oksidhalvlederkeramikk som består av mangan (Mn), nikkel (I) og kobolt (Co).
Det kan sees overalt i livene våre. På grunn av egenskapen at motstanden avtar med økningen av temperaturen, den brukes ikke bare som temperaturføler i termometre og klimaanlegg, eller en temperaturkontrollenhet i smarttelefoner, vannkoker og strykejern, men brukes også til strømstyring i strømforsyningsutstyr. Nylig, ettersom graden av kjøretøyelektrifisering øker, termistorer brukes i økende grad i bilprodukter.

2. Arbeidsprinsipp
Generelt, motstanden til metaller øker når temperaturen øker. Dette er fordi varme forsterker gittervibrasjonen, og den gjennomsnittlige bevegelseshastigheten til frie elektroner reduseres tilsvarende.

I kontrast, andelen frie elektroner og hull i halvledere øker på grunn av varmeledning, og denne delen er større enn andelen av delen hvor hastigheten avtar, så motstandsverdien synker.

I tillegg, på grunn av eksistensen av båndgapet i halvledere, ved ekstern oppvarming, elektroner i valensbåndet beveger seg til ledningsbåndet og leder elektrisitet. Med andre ord, motstandsverdien avtar når temperaturen øker.

3. Grunnleggende egenskaper
3.1 Motstands-temperaturegenskaper (R-T egenskaper)
Motstandsverdien til en NTC-termistor måles ved en strøm med tilstrekkelig lav selvoppvarming (varme generert på grunn av den påførte strømmen). Som standard, det anbefales å bruke maksimal driftsstrøm. Og, motstandsverdien må uttrykkes i par med temperaturen.
Den karakteristiske kurven er beskrevet med følgende formel:

R0, R1: motstandsverdi ved temperatur T0, T1

T0, T1: absolutt temperatur

B: B konstant

R-T-karakteristikk av NTC-termistorer

Figur 1: R-T karakteristikk for NTC termistor

3.2 B konstant
B-konstanten er en enkelt verdi som karakteriserer NTC-termistoren. Justering av B-konstanten krever alltid to punkter. B-konstanten beskriver helningen til de to punktene.
Hvis de to punktene er forskjellige, B-konstanten vil også være annerledes, så vær oppmerksom når du sammenligner. (Se figur 2)

Den horisontale aksen er temperaturkarakteristikken til 1-T

Figur 2: Ulike B-konstanter valgt ved 2 poeng

Fra dette, det kan sees at B er helningen til lnR vs. 1/T-kurve:

Murata bruker 25°C og 50°C for å definere B-konstanten, skrevet som B (25/50).

Som vist i figur 3, 1/T (T er absolutt temperatur) er i logaritmisk proporsjon til motstandsverdien. Det kan sees at forholdet er nær en rett linje.

V-I-karakteristikk av NTC-termistorer

Figur 3: Temperaturkarakteristikk med 1/T som horisontal akse

3.3 Volt-ampere egenskaper (V-I egenskaper)
V-I-karakteristikkene til NTC-termistorer er vist i figuren 4.

Termisk spredningskonstant per enhetselement

Figur 4: V-I-karakteristikk av NTC-termistorer

I området med svakstrøm, spenningen til den ohmske kontakten øker gradvis ettersom strømmen gradvis øker. Selvoppvarmingen forårsaket av strømmen fører ikke til at temperaturen på motstanden stiger ved å spre varme fra overflaten til termistoren og andre deler.
Imidlertid, når varmeutviklingen er stor, temperaturen på selve termistoren stiger og motstandsverdien synker. I et slikt område, det proporsjonale forholdet mellom strøm og spenning holder ikke lenger.

Generelt, termistorer brukes i et område hvor selvoppvarmingen er så lav som mulig. Som standard, det anbefales at driftsstrømmen holdes under maksimal driftsstrøm.

Hvis den brukes i et område som overstiger spenningstoppen, termiske løpsreaksjoner som gjentatt oppvarming og redusert motstand kan forekomme, får termistoren til å bli rød eller knekke. Vennligst unngå å bruke den i dette området.

3.4 Temperaturkoeffisient for motstand (en)
Endringshastigheten til NTC-termistoren per enhetstemperatur er temperaturkoeffisienten, som beregnes med følgende formel.

Eksempel: Når temperaturen er nær 50°C og B-konstanten er 3380K
α = −3380/(273.15 + 50)² × 100 [%/° C.] = −3,2 [%/° C.]
Derfor, temperaturkoeffisienten for motstand er som følger.

Termisk tidskonstant for NTC-termistor

α = − B/T² × 100 [%/° C.]

3.5 Termisk spredningskonstant (d)
Når omgivelsestemperaturen er T1, når termistoren bruker strøm P (mw) og temperaturen endres til T2, følgende formel gjelder.

P = d (T2 - T1)

δ er den termiske spredningskonstanten (mW/°C). Formelen ovenfor er transformert som følger.

NCU15 maksimal spenningsreduksjon

δ = P/ (T2 - T1)

Den termiske spredningskonstanten δ refererer til kraften som kreves for å øke temperaturen med 1 °C under selvoppvarmingsforhold.

Den termiske spredningskonstanten δ bestemmes av balansen mellom “selvoppvarming på grunn av strømforbruk” og “varmeavledning”, og varierer derfor betydelig avhengig av termistorens driftsmiljø.

Maksimal driftsstrøm (Iop), maksimal driftsspenning (Vop)

Murata definerte begrepet “termisk spredningskonstant per enhetselement”.

3.6 Termisk tidskonstant (t)

Når en termistor som holdes ved temperatur T0, plutselig endres til omgivelsestemperatur T1, tiden det tar å skifte til måltemperaturen T1 kalles den termiske tidskonstanten (t). Vanligvis, denne verdien refererer til tiden det tar å nå 63.2% av temperaturforskjellen mellom T0 og T1.

Muratas målemetode for motstandsverdi

Når en termistor holdes på én temperatur (T0) blir utsatt for en annen temperatur (T1), temperaturen endres eksponentielt, og temperaturen (T) etter at tiden har gått (t) er uttrykt som følger.

T = (T1 − T0) (1 − exp (−t/t) ) + T0

Ta t = τ,

T = (T1 − T0) (1−1/e) + T0

(T - T0)/(T1 − T0) ＝ 1 − 1/e ＝ 0.632

Det er derfor τ er spesifisert som tiden det skal nås 63.2% av temperaturforskjellen.
Figur 6: Termisk tidskonstant for NTC termistor

3.7 Maksimal spenning (Vmax)

Den maksimale spenningen som kan tilføres direkte til termistoren. Når den påførte spenningen overstiger maksimal spenning, produktets ytelse vil forringes eller til og med bli ødelagt.

I tillegg, temperaturen på komponenten stiger på grunn av selvoppvarming. Det er nødvendig å være oppmerksom på at temperaturen på komponenten ikke overstiger driftstemperaturområdet.

Utgangsegenskaper for motstandsjordede og termistorjordede kretser

Figur 7: Maksimal spenningsreduksjon for NCU15 type

3.8 Maksimal driftsstrøm (Iop), maksimal driftsspenning (Vop)
Murata definerer maksimal driftsstrøm og maksimal driftsspenning som strømmen og spenningen der selvoppvarming er 0,1 ℃ når den brukes. Med referanse til denne verdien, termistorer kan oppnå mer nøyaktig temperaturmåling.

Derfor, påføring av strøm/spenning som overskrider maksimal driftsstrøm/spenning forårsaker ikke forringelse av termistorytelsen. Imidlertid, vær oppmerksom på at selvoppvarming av komponenten vil forårsake deteksjonsfeil.

Hvordan Murata beregner maksimal driftsstrøm

Ved beregning av maksimal driftsstrøm, den termiske spredningskonstanten (1mW/°C) definert av enhetskomponenten er nødvendig. Den termiske spredningskonstanten angir graden av varmespredning, men varmeavledningstilstanden varierer sterkt avhengig av arbeidsmiljøet.
Arbeidsmiljøet inkluderer materialet, tykkelse, struktur, størrelse på loddeområdet, varmeplatekontakt, harpiks emballasje, osv. av underlaget. Bruken av enhetskomponentdefinisjonen eliminerer miljøinterferensfaktorer.
Etter erfaring, den termiske spredningskonstanten ved faktisk bruk er ca 3 til 4 ganger enhetskomponenten. Forutsatt at den faktiske termiske spredningskonstanten er 3.5 ganger, maksimal driftsstrøm er vist i den blå kurven i figuren. Sammenlignet med tilfellet med 1mW/°C, det er nå 1.9 ganger (√3,5 ganger).

3.9 Null belastningsmotstandsverdi
Resistansverdien målt ved en strøm (spenning) hvor selvoppvarming er ubetydelig. Som standard, det anbefales å bruke maksimal driftsstrøm.

Justering av R-verdi og endring av utgangsegenskaper

Figur 9: Muratas målemetode for motstandsverdi

4. Hvordan bruke
4.1 Kretsskjema
Utgangsspenningen kan variere avhengig av NTC-termistorkoblingsskjemaet. Du kan simulere det på følgende URL på Muratas offisielle nettsted.

SimSurfing: NTC termistorsimulator (murata.co.jp)
Figur 10 Utgangsegenskaper for motstandsjording og termistorjordingskretser
4.2 Justering av R1 (spenningsdeler motstand), R2 (parallell motstand), R3 (seriemotstand)

Utgangsspenningen kan variere i henhold til kretsskjemaet.
Figur 11 Justering av R-verdi og endring av utgangsegenskaper

4.3 Beregning av deteksjonsfeil ved hjelp av Muratas offisielle verktøy

Velg de relevante parameterne til NTC-termistoren og de relevante parameterne for spenningsdelerkretsen (referansespenning og spenningsdelermotstand, motstandsnøyaktighet), og deretter kan feilkurven for temperaturdeteksjon genereres normalt, som vist i figuren nedenfor:
Figur 12 Generer temperaturdeteksjonsfeilkurve ved hjelp av offisielle verktøy