Sondă și cablu personalizate pentru senzor NTC din China

Sonda și cablul senzorului reprezintă forma de ambalare a senzorului, care este cea mai de bază unitate a senzorului. Senzorul este ambalat printr-un circuit electronic rezonabil și o structură de ambalare externă. Are câteva componente funcționale independente de care avem nevoie. Ca senzorul, este de obicei împărțit în: Sonda termistor NTC, Sonda PT100, Sonda PT1000, Sonda DS18B20, Sonda de temperatură a apei, Sonda senzorului auto, Sonda RTDS, Sonda de control a temperaturii, Sonda de reglare a temperaturii, Sonda senzorului aparatului de acasă, etc.

Sonda senzor Ds18b20 cu cablu

Sonda de control al temperaturii cu cablu

Sonda senzor de temperatura PT100 cu cablu

O structură a sondei NTC bazată pe predicția temperaturii și metoda sa de măsurare a temperaturii, sonda include: mai multe sonde NTC; carcasă de cupru; structura de sustinere metalica, sârmă și conductor de căldură.
Pas 1, printre m sonde NTC, se obtine temperaturile T0, T1, …, Tn măsurat la intervale de timp egale prin fiecare sondă NTC, unde n reprezintă numărul de serie al temperaturii colectate;
Pas 2, calculați diferența de temperatură vn=TnTn1 colectată la momentele de măsurare a temperaturii adiacente;
Pas 3, se calculează parametrul α=vn/vn1;
Pas 4, calculați temperatura estimată Tp=Tn1+vn/(1o) a unei singure sonde;
Pas 5, calculați temperatura măsurată Tb. Prezenta invenţie poate reduce în continuare eroarea şi are o bună aplicabilitate generală.

Analiza completă a termistorilor!

🤔 Știți ce este un termistor? Este puțin expert în circuite electronice!

👍 Termistoare, în termeni simpli, sunt un tip de element sensibil care își poate ajusta valoarea rezistenței în funcție de schimbările de temperatură.

🔥 Termistor cu coeficient de temperatură pozitiv (PTC), Când temperatura crește, valoarea sa de rezistență va crește semnificativ. Această caracteristică îl face să strălucească în circuitele de control automat!

Sonda senzor temperatura apei cu cablu

Senzor NTC al cuptorului cu sondă de grătar cu cablu

Sondă și cablu pentru senzor NTC

❄️ Termistorul cu coeficient negativ de temperatură (NTC) este opusul, cu rezistența în scădere când temperatura crește. În aparatele de uz casnic, este adesea folosit pentru pornire soft, circuite automate de detecție și control.

💡 Acum aveți o înțelegere mai profundă a termistorilor! În lumea electronică, este un rol indispensabil!

1. Introducere în NTC
Termistorul NTC este un termistor numit după acronimul de coeficient de temperatură negativ. De obicei, termenul “termistor” se referă la termistori NTC. A fost descoperit de Michael Faraday, care studia pe atunci semiconductori cu sulfură de argint, în 1833, și comercializat de Samuel Reuben în anii 1930. Termistorul NTC este o ceramică semiconductoare de oxid compusă din mangan (Mn), nichel (În) și cobalt (Co).
Poate fi văzut peste tot în viața noastră. Datorita caracteristicii ca rezistenta scade odata cu cresterea temperaturii, nu este folosit doar ca dispozitiv de detectare a temperaturii în termometre și aparate de aer condiționat, sau un dispozitiv de control al temperaturii pe smartphone-uri, ceainice si fiare de calcat, dar folosit și pentru controlul curentului în echipamentele de alimentare cu energie. Recent, pe măsură ce gradul de electrificare a vehiculului creşte, termistorii sunt din ce în ce mai folosiți în produsele auto.

2. Principiul de lucru
În general, rezistenta metalelor creste pe masura ce temperatura creste. Acest lucru se datorează faptului că căldura intensifică vibrația rețelei, iar viteza medie de mișcare a electronilor liberi scade în consecință.

În contrast, proporţia electronilor liberi şi a găurilor din semiconductori creşte datorită conducţiei căldurii, iar această parte este mai mare decât proporția părții în care viteza scade, deci valoarea rezistenţei scade.

în plus, datorită existenţei benzii interzise în semiconductori, când este încălzită extern, electronii din banda de valență se deplasează în banda de conducție și conduc electricitatea. Cu alte cuvinte, valoarea rezistenţei scade pe măsură ce temperatura creşte.

3. Caracteristici de bază
3.1 Caracteristici rezistență-temperatură (Caracteristicile R-T)
Valoarea rezistenței unui termistor NTC este măsurată la un curent cu autoîncălzire suficient de scăzută (căldură generată din cauza curentului aplicat). Ca standard, se recomanda utilizarea curentului maxim de functionare. Şi, valoarea rezistenței trebuie exprimată în perechi cu temperatura.
Curba caracteristică este descrisă de următoarea formulă:

R0, R1: valoarea rezistenței la temperatura T0, T1

T0, T1: temperatura absolută

B: B constantă

Caracteristicile R-T ale termistorilor NTC

Figura 1: Caracteristica R-T a termistorului NTC

3.2 B constantă
Constanta B este o singură valoare care caracterizează termistorul NTC. Ajustarea constantei B necesită întotdeauna două puncte. Constanta B descrie panta celor două puncte.
Dacă cele două puncte sunt diferite, constanta B va fi de asemenea diferită, așa că vă rugăm să fiți atenți când comparați. (Vezi figura 2)

Axa orizontală este caracteristica temperaturii lui 1-T

Figura 2: Diferite constante B selectate la 2 puncte

Din aceasta, se poate observa că B este panta lnR vs. 1/curba T:

Murata folosește 25°C și 50°C pentru a defini constanta B, scris ca B (25/50).

Așa cum se arată în figura 3, 1/T (T este temperatura absolută) este în proporție logaritmică cu valoarea rezistenței. Se poate observa că relația este aproape de o linie dreaptă.

Caracteristicile V-I ale termistorilor NTC

Figura 3: Caracteristici de temperatură cu 1/T ca axă orizontală

3.3 Caracteristici volt-amper (Caracteristicile V-I)
Caracteristicile V-I ale termistorilor NTC sunt prezentate în figură 4.

Constantă de disipare termică pe unitatea de element

Figura 4: Caracteristicile V-I ale termistorilor NTC

În zona cu curent scăzut, tensiunea contactului ohmic crește treptat pe măsură ce curentul crește treptat. Auto-încălzirea cauzată de fluxul de curent nu face ca temperatura rezistorului să crească prin disiparea căldurii de pe suprafața termistorului și a altor părți.
Cu toate acestea, când generarea de căldură este mare, temperatura termistorului în sine crește și valoarea rezistenței scade. Într-o astfel de zonă, relația proporțională dintre curent și tensiune nu mai este valabilă.

În general, termistorii sunt utilizați într-o zonă în care autoîncălzirea este cât mai scăzută. Ca standard, se recomanda ca curentul de functionare sa fie mentinut sub curentul maxim de functionare.

Dacă este utilizat într-o zonă care depășește vârful de tensiune, pot apărea reacții termice de evadare, cum ar fi încălzirea repetată și rezistența redusă, determinând ca termistorul să devină roșu sau să se rupă. Vă rugăm să evitați să-l utilizați în acest interval.

3.4 Coeficient de temperatură de rezistență (o)
Rata de modificare a termistorului NTC pe unitatea de temperatură este coeficientul de temperatură, care se calculează prin următoarea formulă.

Exemplu: Când temperatura este aproape de 50°C și constanta B este de 3380K
α = −3380/(273.15 + 50)² × 100 [%/°C] = −3,2 [%/°C]
Prin urmare, coeficientul de rezistență la temperatură este următorul.

Constanta de timp termică a termistorului NTC

α = − B/T² × 100 [%/°C]

3.5 Disiparea termică constantă (d)
Când temperatura ambiantă este T1, când termistorul consumă putere P (mw) iar temperatura acestuia se schimbă la T2, este valabilă următoarea formulă.

P = d (T2 − T1)

δ este constanta de disipare termică (mW/°C). Formula de mai sus este transformată după cum urmează.

Derating maxim de tensiune NCU15

δ = P/ (T2 − T1)

Constanta de disipare termică δ se referă la puterea necesară pentru a crește temperatura cu 1°C în condiții de autoîncălzire.

Constanta de disipare termică δ este determinată de echilibrul dintre “autoincalzire datorita consumului de energie” și “disiparea căldurii”, și, prin urmare, variază semnificativ în funcție de mediul de operare al termistorului.

Curentul maxim de funcționare (Iop), tensiune maximă de funcționare (Vop)

Murata a definit conceptul de “constantă de disipare termică pe unitatea de element”.

3.6 Constanta de timp termica (t)

Când un termistor menținut la temperatura T0 este schimbat brusc la temperatura ambiantă T1, timpul necesar pentru a trece la temperatura țintă T1 se numește constantă de timp termică (t). De obicei, această valoare se referă la timpul necesar pentru a ajunge 63.2% a diferenței de temperatură dintre T0 și T1.

Metoda de măsurare a valorii rezistenței lui Murata

Când un termistor menținut la o temperatură (T0) este expus la o altă temperatură (T1), temperatura se modifică exponențial, si temperatura (T) după trecerea timpului (t) se exprimă după cum urmează.

T = (T1 − T0) (1 − exp (−t/t) ) + T0

Luați t = τ,

T = (T1 − T0) (1−1/e) + T0

(T − T0)/(T1 − T0) ＝ 1 − 1/e ＝ 0.632

De aceea τ este specificat ca timpul de a ajunge 63.2% a diferenței de temperatură.
Figura 6: Constanta de timp termică a termistorului NTC

3.7 Tensiune maximă (Vmax)

Tensiunea maximă care poate fi aplicată direct la termistor. Când tensiunea aplicată depășește tensiunea maximă, performanța produsului se va deteriora sau chiar va fi distrusă.

în plus, temperatura componentei crește din cauza autoîncălzirii. Este necesar să se acorde atenție că temperatura componentei nu depășește intervalul de temperatură de funcționare.

Caracteristicile de ieșire ale circuitelor împământate cu rezistență și cu termistor

Figura 7: Derating maxim de tensiune pentru tipul NCU15

3.8 Curentul maxim de funcționare (Iop), tensiune maximă de funcționare (Vop)
Murata definește curentul maxim de funcționare și tensiunea maximă de funcționare ca fiind curentul și tensiunea la care autoîncălzirea este de 0,1 ℃ atunci când este aplicată. Cu referire la această valoare, termistorii pot realiza o măsurare mai precisă a temperaturii.

Prin urmare, aplicarea curentului/tensiunii care depășește curentul/tensiunea maximă de funcționare nu provoacă degradarea performanței termistorului. Cu toate acestea, Vă rugăm să rețineți că auto-încălzirea componentei va cauza erori de detectare.

Cum calculează Murata curentul maxim de funcționare

La calcularea curentului maxim de operare, constanta de disipare termică (1mW/°C) definit de componenta unității este necesar. Constanta de disipare termică indică gradul de disipare a căldurii, dar starea de disipare a căldurii variază foarte mult în funcție de mediul de lucru.
Mediul de lucru include materialul, grosime, structura, dimensiunea zonei de lipit, contactul cu placa fierbinte, ambalaj din rasina, etc. a substratului. Utilizarea definiției componentelor unității elimină factorii de interferență de mediu.
Conform experienței, constanta de disipare termică în utilizare reală este de aproximativ 3 la 4 ori mai mare decât cea a componentei unității. Presupunând că constanta reală de disipare termică este 3.5 ori, curentul maxim de funcționare este prezentat în curba albastră din figură. Comparativ cu cazul 1mW/°C, este acum 1.9 ori (√3,5 ori).

3.9 Valoarea rezistenței la sarcină zero
Valoarea rezistenței măsurată la un curent (Voltaj) unde autoîncălzirea este neglijabilă. Ca standard, se recomanda utilizarea curentului maxim de functionare.

Ajustarea valorii R și modificarea caracteristicilor de ieșire

Figura 9: Metoda de măsurare a valorii rezistenței lui Murata

4. Cum se utilizează
4.1 Schema circuitului
Tensiunea de ieșire poate varia în funcție de diagrama de cablare a termistorului NTC. Îl puteți simula la următorul URL de pe site-ul oficial Murata.

SimSurfing: Simulator de termistor NTC (murata.co.jp)
Figura 10 Caracteristicile de ieșire ale circuitelor de împământare a rezistenței și a termistorului
4.2 Ajustarea lui R1 (rezistor divizor de tensiune), R2 (rezistor paralel), R3 (rezistență în serie)

Tensiunea de ieșire poate varia în funcție de schema circuitului.
Figura 11 Ajustarea valorii R și modificarea caracteristicilor de ieșire

4.3 Calculul erorii de detectare folosind instrumentul oficial Murata

Selectați parametrii relevanți ai termistorului NTC și parametrii relevanți ai circuitului divizor de tensiune (tensiune de referință și rezistență divizor de tensiune, acuratețea rezistenței), iar apoi curba de eroare a detectării temperaturii poate fi generată în mod normal, după cum se arată în figura de mai jos:
Figura 12 Generarea curbei de eroare de detectare a temperaturii folosind instrumente oficiale