Čínska vlastná sonda a kábel snímača NTC

Senzorová sonda a kábel sú súčasťou balenia senzora, čo je najzákladnejšia jednotka snímača. Senzor je zabalený prostredníctvom rozumného elektronického obvodu a vonkajšej obalovej štruktúry. Má niekoľko nezávislých funkčných komponentov, ktoré potrebujeme. Ako senzor, zvyčajne sa delí na: NTC termistorová sonda, Sonda PT100, Sonda PT1000, Sonda Ds18b20, sonda teploty vody, automobilová senzorová sonda, RTD sonda, sonda na reguláciu teploty, sonda na nastavenie teploty, senzorová sonda domácich spotrebičov, tam.

Senzorová sonda Ds18b20 s káblom

Sonda na kontrolu teploty s káblom

Snímač teploty PT100 s káblom

Štruktúra NTC sondy založená na predpovedi teploty a jej metóde merania teploty, sonda zahŕňa: viaceré NTC sondy; medený plášť; kovová nosná konštrukcia, drôt a vodič tepla.
Krok 1, medzi m NTC sondami, získajte teploty T0, T1, …, Tn merané v rovnakých časových intervaloch cez každú sondu NTC, kde n predstavuje poradové číslo nameranej teploty;
Krok 2, vypočítajte teplotný rozdiel vn=TnTn1 zozbieraný v susedných časoch merania teploty;
Krok 3, vypočítajte parameter α=vn/vn1;
Krok 4, vypočítajte predpokladanú teplotu Tp=Tn1+vn/(1a) jednej sondy;
Krok 5, vypočítajte nameranú teplotu Tb. Predložený vynález môže ďalej znížiť chybu a má dobrú všeobecnú použiteľnosť.

Kompletná analýza termistorov!

🤔 Viete, čo je termistor?? Je to malý odborník na elektronické obvody!

👍 termistory, jednoducho povedané, sú typom citlivého prvku, ktorý dokáže upraviť hodnotu svojho odporu podľa zmien teploty.

🔥 Termistor s kladným teplotným koeficientom (Ptc), keď teplota stúpa, jeho hodnota odporu sa výrazne zvýši. Vďaka tejto vlastnosti žiari v automatických riadiacich obvodoch!

Sonda snímača teploty vody s káblom

BBQ sonda pec NTC senzor s káblom

Sonda a kábel snímača NTC

❄️ Termistor so záporným teplotným koeficientom (NTC) je opakom, pričom odpor klesá, keď teplota stúpa. V domácich spotrebičoch, často sa používa na mäkký štart, automatické detekčné a riadiace obvody.

💡 Teraz máte hlbšie pochopenie termistorov! V elektronickom svete, je to nenahraditeľná úloha!

1. Úvod do NTC
NTC termistor je termistor pomenovaný podľa skratky Negative Temperature Coefficient. Zvyčajne, termín “termistor” označuje NTC termistory. Objavil ho Michael Faraday, ktorý v tom čase študoval polovodiče sulfidu strieborného, v 1833, a komercializovaný Samuel Reuben v 30. rokoch 20. storočia. NTC termistor je oxidová polovodičová keramika zložená z mangánu (Mn), nikel (In) a kobalt (Co).
Je to vidieť všade v našom živote. Vďaka charakteristike, že odpor klesá so zvyšujúcou sa teplotou, nepoužíva sa len ako zariadenie na snímanie teploty v teplomeroch a klimatizáciách, alebo zariadenie na reguláciu teploty v smartfónoch, varné kanvice a žehličky, ale tiež sa používa na riadenie prúdu v napájacích zariadeniach. Nedávno, ako sa zvyšuje stupeň elektrifikácie vozidla, termistory sa čoraz viac používajú v automobilových výrobkoch.

2. Pracovný princíp
Vo všeobecnosti, odolnosť kovov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Je to preto, že teplo zosilňuje vibrácie mriežky, a priemerná rýchlosť pohybu voľných elektrónov sa zodpovedajúcim spôsobom znižuje.

Na rozdiel od toho, v dôsledku vedenia tepla sa zvyšuje podiel voľných elektrónov a dier v polovodičoch, a táto časť je väčšia ako podiel časti, kde rýchlosť klesá, takže hodnota odporu klesá.

Navyše, kvôli existencii zakázaného pásma v polovodičoch, pri vonkajšom zahrievaní, elektróny vo valenčnom pásme sa presúvajú do vodivého pásma a vedú elektrinu. Inými slovami, hodnota odporu klesá so zvyšujúcou sa teplotou.

3. Základné charakteristiky
3.1 Odporovo-teplotné charakteristiky (R-T charakteristiky)
Hodnota odporu termistora NTC sa meria pri prúde s dostatočne nízkym vlastným zahrievaním (teplo generované v dôsledku použitého prúdu). Ako štandard, odporúča sa použiť maximálny prevádzkový prúd. A, hodnotu odporu je potrebné vyjadriť v pároch s teplotou.
Charakteristická krivka je opísaná nasledujúcim vzorcom:

R0, R1: hodnota odporu pri teplote T0, T1

T0, T1: absolútna teplota

B: B konštanta

R-T charakteristiky NTC termistorov

Obrázok 1: R-T charakteristika NTC termistora

3.2 B konštanta
Konštanta B je jediná hodnota, ktorá charakterizuje termistor NTC. Úprava konštanty B vyžaduje vždy dva body. Konštanta B opisuje sklon dvoch bodov.
Ak sú tieto dva body odlišné, B konštanta bude tiež iná, preto prosím venujte pozornosť pri porovnávaní. (Pozri obrázok 2)

Vodorovná os je teplotná charakteristika 1-T

Obrázok 2: Rôzne B konštanty vybrané pri 2 bodov

Z tohto, je možné vidieť, že B je sklon lnR vs. 1/T krivka:

Murata používa 25°C a 50°C na definovanie B konštanty, napísané ako B (25/50).

Ako je znázornené na obr 3, 1/T (T je absolútna teplota) je v logaritmickom pomere k hodnote odporu. Je vidieť, že vzťah má blízko k priamke.

V-I Charakteristika NTC termistorov

Obrázok 3: Teplotné charakteristiky s 1/T ako horizontálnou osou

3.3 Voltampérové charakteristiky (V-I charakteristiky)
Charakteristiky V-I termistorov NTC sú znázornené na obrázku 4.

Konštanta tepelného rozptylu na jednotku prvku

Obrázok 4: V-I charakteristika NTC termistorov

V oblasti so slabým prúdom, napätie ohmického kontaktu sa postupne zvyšuje s postupným zvyšovaním prúdu. Samozohrievanie spôsobené tokom prúdu nespôsobuje zvýšenie teploty odporu odvádzaním tepla z povrchu termistora a iných častí.
Však, keď je tvorba tepla veľká, teplota samotného termistora stúpa a hodnota odporu klesá. V takejto oblasti, už neplatí proporcionálny vzťah medzi prúdom a napätím.

Vo všeobecnosti, termistory sa používajú v oblasti, kde je samoohrev čo najnižšie. Ako štandard, odporúča sa udržiavať prevádzkový prúd pod maximálnym prevádzkovým prúdom.

Ak sa používa v oblasti presahujúcej napäťovú špičku, môžu nastať tepelné únikové reakcie, ako je opakované zahrievanie a znížený odpor, čo spôsobí sčervenanie alebo rozbitie termistora. Vyhnite sa jej používaniu v tomto rozsahu.

3.4 Teplotný koeficient odporu (a)
Rýchlosť zmeny NTC termistora na jednotku teploty je teplotný koeficient, ktorý sa vypočíta podľa nasledujúceho vzorca.

Príklad: Keď je teplota blízka 50°C a B konštanta je 3380K
α = −3380/(273.15 + 50)² × 100 [%/° C] = -3,2 [%/° C]
Preto, teplotný koeficient odporu je nasledovný.

Tepelná časová konštanta NTC termistora

a = − B/T2 × 100 [%/° C]

3.5 Konštanta tepelného rozptylu (d)
Keď je okolitá teplota T1, keď termistor spotrebúva energiu P (mw) a jeho teplota sa zmení na T2, platí nasledujúci vzorec.

P = d (T2 - T1)

δ je konštanta rozptylu tepla (mW/°C). Vyššie uvedený vzorec sa transformuje nasledovne.

Zníženie maximálneho napätia NCU15

δ = P/ (T2 - T1)

Konštanta tepelného rozptylu δ sa vzťahuje na výkon potrebný na zvýšenie teploty o 1 °C za podmienok samovoľného ohrevu.

Konštanta tepelného rozptylu δ je určená rovnováhou medzi “samoohrievanie v dôsledku spotreby energie” a “odvod tepla”, a preto sa výrazne líši v závislosti od prevádzkového prostredia termistora.

Maximálny prevádzkový prúd (Iop), maximálne prevádzkové napätie (Vop)

Murata definoval pojem o “konštanta rozptylu tepla na jednotku prvku”.

3.6 Tepelná časová konštanta (t)

Keď sa termistor udržiavaný na teplote T0 náhle zmení na teplotu okolia T1, čas potrebný na zmenu na cieľovú teplotu T1 sa nazýva tepelná časová konštanta (t). Zvyčajne, táto hodnota sa vzťahuje na čas potrebný na dosiahnutie 63.2% teplotného rozdielu medzi T0 a T1.

Muratova metóda merania hodnoty odporu

Keď sa termistor udržiava na jednej teplote (T0) je vystavený inej teplote (T1), teplota sa mení exponenciálne, a teplotu (T) po uplynutí času (t) sa vyjadruje nasledovne.

T = (T1 - T0) (1 − exp (-t/t) ) + T0

Vezmite t = τ,

T = (T1 - T0) (1-1/e) + T0

(T - T0)/(T1 - T0) ＝ 1 − 1/e ＝ 0.632

Preto je τ špecifikovaný ako čas dosiahnutia 63.2% teplotného rozdielu.
Obrázok 6: Tepelná časová konštanta NTC termistora

3.7 Maximálne napätie (Vmax)

Maximálne napätie, ktoré možno priamo použiť na termistor. Keď použité napätie prekročí maximálne napätie, výkon produktu sa zhorší alebo dokonca zničí.

Navyše, teplota komponentu stúpa v dôsledku samoohrevu. Je potrebné dbať na to, aby teplota súčiastky neprekročila rozsah prevádzkových teplôt.

Výstupné charakteristiky odporovo uzemnených a termistorovo uzemnených obvodov

Obrázok 7: Maximálne zníženie napätia pre typ NCU15

3.8 Maximálny prevádzkový prúd (Iop), maximálne prevádzkové napätie (Vop)
Murata definuje maximálny prevádzkový prúd a maximálne prevádzkové napätie ako prúd a napätie, pri ktorých je samoohrev 0,1℃ pri aplikácii. S odkazom na túto hodnotu, termistory môžu dosiahnuť presnejšie meranie teploty.

Preto, aplikovanie prúdu/napätia presahujúceho maximálny prevádzkový prúd/napätie nespôsobí zníženie výkonu termistora. Však, upozorňujeme, že samozahrievanie komponentu spôsobí chyby detekcie.

Ako Murata vypočítava maximálny prevádzkový prúd

Pri výpočte maximálneho prevádzkového prúdu, konštanta rozptylu tepla (1mW/°C) definovaný komponentom jednotky sa vyžaduje. Konštanta tepelného rozptylu udáva stupeň rozptylu tepla, ale stav rozptylu tepla sa značne líši v závislosti od pracovného prostredia.
Pracovné prostredie zahŕňa materiál, hrúbka, štruktúru, veľkosť spájkovacej plochy, kontakt horúcej platne, živicové balenie, tam. substrátu. Použitie definície komponentov jednotky eliminuje faktory rušenia prostredia.
Podľa skúseností, konštanta rozptylu tepla pri skutočnom použití je cca 3 do 4 násobok jednotkovej zložky. Za predpokladu, že skutočná konštanta tepelného rozptylu je 3.5 krát, maximálny prevádzkový prúd je znázornený modrou krivkou na obrázku. V porovnaní s prípadom 1 mW/°C, je to teraz 1.9 krát (√3,5-krát).

3.9 Hodnota odporu pri nulovej záťaži
Hodnota odporu nameraná pri prúde (napätie) kde je samozahrievanie zanedbateľné. Ako štandard, odporúča sa použiť maximálny prevádzkový prúd.

Úprava hodnoty R a zmena výstupných charakteristík

Obrázok 9: Muratova metóda merania hodnoty odporu

4. Ako používať
4.1 Schéma zapojenia
Výstupné napätie sa môže líšiť v závislosti od schémy zapojenia termistora NTC. Môžete to simulovať na nasledujúcej adrese URL na oficiálnej webovej stránke Murata.

SimSurfing: NTC termistorový simulátor (murata.co.jp)
Obrázok 10 Výstupné charakteristiky uzemňovacích obvodov odporov a uzemnenia termistorov
4.2 Úprava R1 (odpor deliča napätia), R2 (paralelný odpor), R3 (sériový odpor)

Výstupné napätie sa môže meniť podľa schémy zapojenia.
Obrázok 11 Úprava hodnoty R a zmena výstupných charakteristík

4.3 Výpočet chyby detekcie pomocou oficiálneho nástroja Murata

Vyberte príslušné parametre termistora NTC a príslušné parametre obvodu deliča napätia (referenčné napätie a odpor deliča napätia, presnosť odporu), a potom sa môže normálne vygenerovať chybová krivka detekcie teploty, ako je znázornené na obrázku nižšie:
Obrázok 12 Generovanie krivky chýb detekcie teploty pomocou oficiálnych nástrojov