Ako vybrať správny termistor pre snímač teploty?

Pri konfrontácii s tisíckami typov NTC termistorov, vybrať ten správny môže byť dosť zdrvujúce. V tomto technickom článku, Prevediem vás niektorými dôležitými parametrami, ktoré treba mať na pamäti pri výbere termistora. To platí najmä pri rozhodovaní medzi dvoma bežnými typmi termistorov používaných na snímanie teploty: NTC termistory so záporným teplotným koeficientom alebo lineárne termistory na báze kremíka. NTC termistory sú široko používané kvôli nízkej cene, ale ponúkajú nižšiu presnosť pri extrémnych teplotách. Lineárne termistory na báze kremíka ponúkajú lepší výkon a vyššiu presnosť v širšom teplotnom rozsahu, ale vo všeobecnosti sú drahšie. Ako uvidíme nižšie, na trh prichádzajú ďalšie lineárne termistory, ktoré ponúkajú cenovo výhodnejšie, vysokovýkonné možnosti. Pomáha riešiť široký rozsah potrieb snímania teploty bez zvýšenia celkových nákladov na riešenie.

Výber správnej sondy na snímanie teploty

Výber správneho termistora NTC pre snímač teploty

Výber správneho termistorového snímača NTC

Správny termistor pre vašu aplikáciu bude závisieť od mnohých parametrov, ako napr:
· Kusovník (kusovník) náklady;
· Tolerancia odporu;
· Kalibračné body;
· Citlivosť (zmena odporu na stupeň Celzia);
· Samozahrievanie a drift snímača;

náklady na kusovník
Samotné termistory nie sú drahé. Keďže sú diskrétne, ich pokles napätia je možné zmeniť použitím prídavných obvodov. Napríklad, ak používate nelineárny NTC termistor a chcete lineárny pokles napätia na zariadení, môžete sa rozhodnúť pridať ďalší odpor, ktorý pomôže dosiahnuť túto charakteristiku. Však, ďalšou alternatívou, ktorá môže znížiť kusovník a celkové náklady na riešenie, je použitie lineárneho termistora, ktorý sám o sebe poskytuje požadovaný pokles napätia. Dobrou správou je, že s našou novou rodinou lineárnych termistorov, oboje je možné. To znamená, že inžinieri môžu zjednodušiť návrhy, znížiť systémové náklady, a znížiť dosku plošných spojov (PCB) veľkosť rozloženia o min 33%.

Tolerancia odporu
Termistory sú kategorizované podľa tolerancie odporu pri 25°C, ale to úplne nevystihuje, ako sa menia v závislosti od teploty. Môžete použiť minimum, typický, a maximálne hodnoty odporu poskytnuté v odpore zariadenia vs. teplota (R-T) tabuľku v dizajnovom nástroji alebo údajovom hárku na výpočet tolerancie pre konkrétny požadovaný teplotný rozsah.

Na ilustráciu toho, ako sa tolerancie menia s technológiou termistorov, porovnajme NTC a náš termistor na báze kremíka TMP61. Obe sú dimenzované na toleranciu odporu ± 1 %.. Obrázok 1 ilustruje, že tolerancia odporu oboch zariadení sa zvyšuje, keď sa teplota pohybuje od 25 °C, ale pri extrémnych teplotách je medzi nimi veľký rozdiel. Je dôležité vypočítať tento rozdiel, aby ste si mohli vybrať zariadenie, ktoré zachováva nižšiu toleranciu v teplotnom rozsahu, ktorý vás zaujíma.

Ako si vybrať správny termistor pre váš snímač teploty

Obrázok 1: Tolerancia odporu: NTC vs. TMP61

Kalibračné body
Ak neviete, kde sa termistor nachádza v rozsahu tolerancie odporu, zníži sa výkon systému, pretože potrebujete väčšiu chybovosť. Kalibrácia vám povie, akú hodnotu odporu môžete očakávať, čo vám môže pomôcť výrazne znížiť chybovosť. Však, je to dodatočný krok vo výrobnom procese, preto by mala byť kalibrácia obmedzená na minimum.

Počet kalibračných bodov závisí od typu použitého termistora a teplotného rozsahu aplikácie. Pre úzke teplotné rozsahy, jeden kalibračný bod je vhodný pre väčšinu termistorov. Pre aplikácie, ktoré vyžadujú široký teplotný rozsah, máte dve možnosti: 1) kalibrujte trikrát pomocou NTC (je to spôsobené ich nízkou citlivosťou pri extrémnych teplotách a vyššou toleranciou odporu). Alebo 2) raz kalibrovať pomocou lineárneho termistora na báze kremíka, ktorý je stabilnejší ako NTC.

Citlivosť
Veľká zmena odporu na stupeň Celzia (citlivosť) je len jednou z výziev pri pokuse získať dobrú presnosť z termistora. Však, pokiaľ nezískate hodnotu odporu priamo v softvéri, buď kalibráciou alebo výberom termistora s nízkou toleranciou odporu, veľká citlivosť nepomôže.

NTC majú veľmi vysokú citlivosť pri nízkych teplotách, pretože ich hodnota odporu exponenciálne klesá, ale tiež dramaticky klesajú so zvyšujúcou sa teplotou. Lineárne termistory na báze kremíka nemajú takú vysokú citlivosť ako NTC, takže poskytujú stabilné merania v celom rozsahu teplôt. Ako teplota stúpa, citlivosť lineárnych termistorov na báze kremíka typicky prevyšuje citlivosť NTC pri teplote asi 60 °C.

Samozahrievanie a drift snímača
Termistory rozptyľujú energiu ako teplo, čo môže ovplyvniť presnosť ich merania. Množstvo odvádzaného tepla závisí od mnohých parametrov, vrátane materiálového zloženia a prúdu pretekajúceho zariadením.

Posun snímača je množstvo, o ktoré sa termistor posunie v priebehu času, zvyčajne špecifikované v údajovom liste prostredníctvom zrýchleného testu životnosti daného ako percentuálna zmena hodnoty odporu. Ak vaša aplikácia vyžaduje dlhú životnosť s konzistentnou citlivosťou a presnosťou, vyberte termistor s nízkym samozahrievaním a malým driftom snímača.

Kedy by ste teda mali použiť kremíkový lineárny termistor ako TMP61 cez NTC?
Pohľad na tabuľku 1, môžete to vidieť za rovnakú cenu, môžete ťažiť z linearity a stability kremíkového lineárneho termistora takmer v každej situácii v rámci špecifikovaného rozsahu prevádzkových teplôt kremíkového lineárneho termistora. Kremíkové lineárne termistory sú dostupné aj v komerčných a automobilových verziách a v štandarde 0402 a 0603 balíky spoločné pre zariadenia NTC na povrchovú montáž.

Tabuľka 1: NTC vs. TI kremíkové lineárne termistory

Pre kompletnú R-T tabuľku pre TI termistory a jednoduchú metódu prevodu teploty s príkladovým kódom, stiahnite si náš Thermistor Design Tool.