Sonda e cabo do sensor NTC personalizado da China

A sonda e o cabo do sensor são a forma de embalagem do sensor, qual é a unidade mais básica do sensor. O sensor é embalado através de um circuito eletrônico razoável e estrutura de embalagem externa. Possui alguns componentes funcionais independentes que precisamos. Como o sensor, geralmente é dividido em: Sonda termistor NTC, Sonda PT100, Sonda PT1000, Sonda Ds18b20, sonda de temperatura da água, sonda de sensor automotivo, Sonda de RTDs, sonda de controle de temperatura, sonda de ajuste de temperatura, sonda de sensor de eletrodomésticos, etc..

Sonda sensor Ds18b20 com cabo

Sonda de controle de temperatura com cabo

Sonda sensor de temperatura PT100 com cabo

Uma estrutura de sonda NTC baseada na previsão de temperatura e seu método de medição de temperatura, a sonda inclui: múltiplas sondas NTC; concha de cobre; estrutura metálica de suporte, fio e condutor de calor.
Etapa 1, entre m sondas NTC, obter as temperaturas T0, T1, …, Tn medido em intervalos de tempo iguais através de cada sonda NTC, onde n representa o número de série da temperatura coletada;
Etapa 2, calcular a diferença de temperatura vn=TnTn1 coletada em tempos de medição de temperatura adjacentes;
Etapa 3, calcule o parâmetro α=vn/vn1;
Etapa 4, calcular a temperatura prevista Tp=Tn1+vn/(1um) de uma única sonda;
Etapa 5, calcular a temperatura medida Tb. A presente invenção pode reduzir ainda mais o erro e tem boa aplicabilidade geral.

Análise completa de termistores!

🤔 Você sabe o que é um termistor? É um pouco especialista em circuitos eletrônicos!

👍 Termistores, em termos simples, são um tipo de elemento sensível que pode ajustar seu valor de resistência de acordo com as mudanças de temperatura.

🔥 Termistor de coeficiente de temperatura positivo (PTC), Quando a temperatura aumenta, seu valor de resistência aumentará significativamente. Este recurso faz brilhar em circuitos de controle automático!

Sonda sensor de temperatura da água com cabo

Sensor NTC para forno de sonda para churrasco com cabo

Sonda e cabo do sensor NTC

❄️ O termistor de coeficiente de temperatura negativo (NTC) é o oposto, com a resistência diminuindo quando a temperatura aumenta. Em aparelhos domésticos, é frequentemente usado para partida suave, circuitos automáticos de detecção e controle.

💡 Agora você tem uma compreensão mais profunda dos termistores! No mundo eletrônico, é um papel indispensável!

1. Introdução ao NTC
O termistor NTC é um termistor com o nome da sigla de Coeficiente de Temperatura Negativo. Geralmente, O termo “termistor” refere-se a termistores NTC. Foi descoberto por Michael Faraday, que estava estudando semicondutores de sulfeto de prata na época, em 1833, e comercializado por Samuel Reuben na década de 1930. O termistor NTC é uma cerâmica semicondutora de óxido composta de manganês (Mn), níquel (Em) e cobalto (Co).
Pode ser visto em todos os lugares em nossas vidas. Devido à característica de que a resistência diminui com o aumento da temperatura, não é usado apenas como dispositivo sensor de temperatura em termômetros e condicionadores de ar, ou um dispositivo de controle de temperatura em smartphones, chaleiras e ferros, mas também usado para controle de corrente em equipamentos de fonte de alimentação. Recentemente, à medida que o grau de eletrificação dos veículos aumenta, termistores estão sendo cada vez mais usados em produtos automotivos.

2. Princípio de funcionamento
Geralmente, a resistência dos metais aumenta à medida que a temperatura aumenta. Isso ocorre porque o calor intensifica a vibração da rede, e a velocidade média de movimento dos elétrons livres diminui proporcionalmente.

Em contraste, a proporção de elétrons livres e lacunas em semicondutores aumenta devido à condução de calor, e esta parte é maior que a proporção da parte onde a velocidade diminui, então o valor da resistência diminui.

Além disso, devido à existência do band gap em semicondutores, quando aquecido externamente, elétrons na banda de valência passam para a banda de condução e conduzem eletricidade. Em outras palavras, o valor da resistência diminui à medida que a temperatura aumenta.

3. Características básicas
3.1 Características de resistência-temperatura (Características RT)
O valor da resistência de um termistor NTC é medido em uma corrente com autoaquecimento suficientemente baixo (calor gerado devido à corrente aplicada). Como padrão, é recomendado usar a corrente operacional máxima. E, o valor da resistência precisa ser expresso em pares com a temperatura.
A curva característica é descrita pela seguinte fórmula:

R0, R1: valor de resistência na temperatura T0, T1

T0, T1: temperatura absoluta

B: Constante B

Características RT dos termistores NTC

Figura 1: Característica RT do termistor NTC

3.2 Constante B
A constante B é um valor único que caracteriza o termistor NTC. O ajuste da constante B sempre requer dois pontos. A constante B descreve a inclinação dos dois pontos.
Se os dois pontos forem diferentes, a constante B também será diferente, então preste atenção ao comparar. (Veja a figura 2)

O eixo horizontal é a característica de temperatura de 1-T

Figura 2: Diferentes constantes B selecionadas em 2 pontos

A partir disso, pode-se ver que B é a inclinação do lnR vs. 1/Curva T:

Murata usa 25°C e 50°C para definir a constante B, escrito como B (25/50).

Como mostrado na figura 3, 1/T (T é temperatura absoluta) está em proporção logarítmica com o valor da resistência. Percebe-se que a relação é próxima de uma linha reta.

Características VI dos termistores NTC

Figura 3: Características de temperatura com 1/T como eixo horizontal

3.3 Características volt-ampere (Características VI)
As características VI dos termistores NTC são mostradas na Figura 4.

Constante de dissipação térmica por elemento unitário

Figura 4: Características VI dos termistores NTC

Na área com baixa corrente, a tensão do contato ôhmico aumenta gradualmente à medida que a corrente aumenta gradualmente. O autoaquecimento causado pelo fluxo de corrente não faz com que a temperatura do resistor aumente, dissipando o calor da superfície do termistor e de outras peças.
No entanto, quando a geração de calor é grande, a temperatura do próprio termistor aumenta e o valor da resistência diminui. Em tal área, a relação proporcional entre corrente e tensão não é mais válida.

Geralmente, termistores são usados em uma área onde o autoaquecimento é o mais baixo possível. Como padrão, é recomendado que a corrente operacional seja mantida abaixo da corrente operacional máxima.

Se usado em uma área que exceda o pico de tensão, podem ocorrer reações de fuga térmica, como aquecimento repetido e resistência reduzida, fazendo com que o termistor fique vermelho ou quebre. Evite usá-lo nesta faixa.

3.4 Coeficiente de temperatura de resistência (um)
A taxa de variação do termistor NTC por unidade de temperatura é o coeficiente de temperatura, que é calculado pela seguinte fórmula.

Exemplo: Quando a temperatura está próxima de 50°C e a constante B é 3380K
α = −3380/(273.15 + 50)² × 100 [%/°C] = −3,2 [%/°C]
Portanto, o coeficiente de temperatura de resistência é o seguinte.

Constante de tempo térmico do termistor NTC

α = − B/T² × 100 [%/°C]

3.5 Constante de dissipação térmica (d)
Quando a temperatura ambiente é T1, quando o termistor consome energia P (hum) and its temperature changes to T2, the following formula holds.

P = δ (T2 − T1)

δ is the thermal dissipation constant (mW/°C). The above formula is transformed as follows.

NCU15 maximum voltage derating

δ = P/ (T2 − T1)

The thermal dissipation constant δ refers to the power required to increase the temperature by 1°C under self-heating conditions.

The thermal dissipation constant δ is determined by the balance between “self-heating due to power consumption” e “heat dissipation”, and therefore varies significantly depending on the thermistor’s operating environment.

Maximum operating current (Iop), maximum operating voltage (Vop)

Murata defined the concept of “thermal dissipation constant per unit element”.

3.6 Constante de tempo térmico (t)

When a thermistor maintained at temperature T0 is suddenly changed to ambient temperature T1, o tempo que leva para mudar para a temperatura alvo T1 é chamado de constante de tempo térmica (t). Geralmente, este valor refere-se ao tempo necessário para atingir 63.2% da diferença de temperatura entre T0 e T1.

Método de medição do valor de resistência de Murata

Quando um termistor mantido a uma temperatura (T0) é exposto a outra temperatura (T1), a temperatura muda exponencialmente, e a temperatura (T) depois de decorrido o tempo (t) é expresso da seguinte forma.

T = (T1-T0) (1 − exp (-t/t) ) + T0

Tome t = τ,

T = (T1-T0) (1−1/e) + T0

(T-T0)/(T1-T0) ＝ 1 − 1/e＝ 0.632

É por isso que τ é especificado como o tempo para atingir 63.2% da diferença de temperatura.
Figura 6: Constante de tempo térmico do termistor NTC

3.7 Tensão máxima (Vmax)

A tensão máxima que pode ser aplicada diretamente ao termistor. Quando a tensão aplicada excede a tensão máxima, o desempenho do produto irá deteriorar-se ou mesmo ser destruído.

Além disso, a temperatura do componente aumenta devido ao autoaquecimento. É necessário atentar para que a temperatura do componente não ultrapasse a faixa de temperatura operacional.

Características de saída de circuitos aterrados por resistor e aterrados por termistor

Figura 7: Redução máxima de tensão para o tipo NCU15

3.8 Maximum operating current (Iop), maximum operating voltage (Vop)
Murata define a corrente operacional máxima e a tensão operacional máxima como a corrente e a tensão na qual o autoaquecimento é de 0,1 ℃ quando aplicado. Com referência a este valor, termistores podem obter medições de temperatura mais precisas.

Portanto, aplicar corrente/tensão que exceda a corrente/tensão operacional máxima não causa degradação do desempenho do termistor. No entanto, observe que o autoaquecimento do componente causará erros de detecção.

Como Murata calcula a corrente operacional máxima

Ao calcular a corrente operacional máxima, a constante de dissipação térmica (1mW/°C) definido pelo componente unitário é obrigatório. A constante de dissipação térmica indica o grau de dissipação de calor, mas o estado de dissipação de calor varia muito dependendo do ambiente de trabalho.
O ambiente de trabalho inclui o material, grossura, estrutura, tamanho da área de solda, contato da placa quente, embalagem de resina, etc.. do substrato. O uso da definição de componente unitário elimina fatores de interferência ambiental.
De acordo com a experiência, a constante de dissipação térmica em uso real é de cerca de 3 para 4 vezes a do componente unitário. Supondo que a constante real de dissipação térmica seja 3.5 vezes, a corrente operacional máxima é mostrada na curva azul na figura. Comparado com o caso de 1mW/°C, é agora 1.9 vezes (√3,5 vezes).

3.9 Valor de resistência de carga zero
O valor da resistência medido em uma corrente (tensão) onde o autoaquecimento é insignificante. Como padrão, é recomendado usar a corrente operacional máxima.

Ajuste do valor R e alteração das características de saída

Figura 9: Método de medição do valor de resistência de Murata

4. Como usar
4.1 Diagrama de circuito
A tensão de saída pode variar dependendo do diagrama de fiação do termistor NTC. Você pode simulá-lo na seguinte URL no site oficial da Murata.

SimSurf: Simulador de termistor NTC (murata.co.jp)
Figura 10 Características de saída dos circuitos de aterramento do resistor e do termistor
4.2 Ajuste de R1 (resistor divisor de tensão), R2 (resistor paralelo), R3 (resistor em série)

A tensão de saída pode variar de acordo com o diagrama do circuito.
Figura 11 Ajuste do valor R e alteração das características de saída

4.3 Cálculo de erro de detecção usando ferramenta oficial da Murata

Selecione os parâmetros relevantes do termistor NTC e os parâmetros relevantes do circuito divisor de tensão (tensão de referência e resistor divisor de tensão, precisão de resistência), e então a curva de erro de detecção de temperatura pode ser gerada normalmente, como mostrado na figura abaixo:
Figura 12 Gerando curva de erro de detecção de temperatura usando ferramentas oficiais