Sonda in kabel senzorja NTC po meri Kitajske

Senzorska sonda in kabel sta oblika embalaže senzorja, ki je najbolj osnovna enota senzorja. Senzor je zapakiran prek primernega elektronskega vezja in strukture zunanje embalaže. Ima nekaj neodvisnih funkcionalnih komponent, ki jih potrebujemo. Tako kot senzor, navadno se deli na: NTC termistorska sonda, PT100 sonda, PT1000 sonda, Sonda ds18b20, sonda za temperaturo vode, avtomobilska senzorska sonda, RTD sonda, sonda za nadzor temperature, sonda za nastavitev temperature, senzorska sonda gospodinjskih aparatov, itd.

Senzorska sonda Ds18b20 s kablom

Sonda za nadzor temperature s kablom

Sonda temperaturnega senzorja PT100 s kablom

Struktura sonde NTC, ki temelji na napovedi temperature in njeni metodi merjenja temperature, sonda vključuje: več NTC sond; bakrena lupina; kovinska nosilna konstrukcija, žica in toplotni prevodnik.
korak 1, med m NTC sondami, dobimo temperature T0, T1, …, Tn, izmerjen v enakih časovnih intervalih skozi vsako NTC sondo, kjer n predstavlja zaporedno številko zbrane temperature;
korak 2, izračunajte temperaturno razliko vn=TnTn1, zbrano v sosednjih časih merjenja temperature;
korak 3, izračunajte parameter α=vn/vn1;
korak 4, izračunajte predvideno temperaturo Tp=Tn1+vn/(1a) ene sonde;
korak 5, izračunajte izmerjeno temperaturo Tb. Predloženi izum lahko dodatno zmanjša napako in ima dobro splošno uporabnost.

Popolna analiza termistorjev!

🤔 Ali veste, kaj je termistor?? Je majhen strokovnjak za elektronska vezja!

👍 Termistorji, povedano preprosto, so vrsta občutljivega elementa, ki lahko prilagodi svojo vrednost upora glede na temperaturne spremembe.

🔥 Termistor s pozitivnim temperaturnim koeficientom (PTC), ko temperatura naraste, njegova vrednost odpornosti se bo znatno povečala. Zaradi te funkcije blesti v avtomatskih krmilnih vezjih!

Senzor temperature vode s kablom

BBQ sonda za pečico NTC senzor s kablom

NTC senzorska sonda in kabel

❄️ Termistor z negativnim temperaturnim koeficientom (NTC) je nasprotje, pri čemer se upor zmanjša, ko se temperatura dvigne. V gospodinjskih aparatih, pogosto se uporablja za mehak zagon, avtomatska zaznavna in krmilna vezja.

💡 Zdaj globlje razumete termistorje! V elektronskem svetu, je nepogrešljiva vloga!

1. Uvod v NTC
NTC termistor je termistor, imenovan po akronimu negativnega temperaturnega koeficienta.. Običajno, izraz “termistor” se nanaša na termistorje NTC. Odkril ga je Michael Faraday, ki je takrat preučeval polprevodnike srebrovega sulfida, v 1833, in komercializiral Samuel Reuben v tridesetih letih prejšnjega stoletja. NTC termistor je oksidna polprevodniška keramika, sestavljena iz mangana (Mn), nikelj (V) in kobalt (Co).
To lahko vidimo povsod v našem življenju. Zaradi lastnosti, da upor pada s povišanjem temperature, ne uporablja se samo kot naprava za zaznavanje temperature v termometrih in klimatskih napravah, ali naprava za nadzor temperature v pametnih telefonih, kotlički in likalniki, uporablja pa se tudi za nadzor toka v opremi za napajanje. Pred kratkim, saj se stopnja elektrifikacije vozila povečuje, termistorji se vedno bolj uporabljajo v avtomobilskih izdelkih.

2. Načelo delovanja
Na splošno, odpornost kovin se povečuje z naraščanjem temperature. To je zato, ker toplota okrepi nihanje rešetke, in povprečna hitrost gibanja prostih elektronov se ustrezno zmanjša.

V nasprotju s tem, zaradi prevajanja toplote se poveča delež prostih elektronov in lukenj v polprevodnikih, in ta del je večji od deleža dela, kjer se hitrost zmanjša, zato se vrednost upora zmanjša.

Poleg tega, zaradi obstoja pasovne vrzeli v polprevodnikih, pri zunanjem segrevanju, elektroni v valenčnem pasu se premaknejo v prevodni pas in prevajajo elektriko. Z drugimi besedami, vrednost upora se zmanjšuje z naraščanjem temperature.

3. Osnovne značilnosti
3.1 Uporno-temperaturne karakteristike (značilnosti R-T)
Vrednost upora NTC termistorja se meri pri toku z dovolj nizkim samosegrevanjem (toplota, ki nastane zaradi uporabljenega toka). Kot standard, priporočljivo je uporabiti največji delovni tok. in, vrednost upora je treba izraziti v paru s temperaturo.
Karakteristična krivulja je opisana z naslednjo formulo:

R0, R1: vrednost upora pri temperaturi T0, T1

T0, T1: absolutna temperatura

B: B konstanta

R-T značilnosti NTC termistorjev

Slika 1: R-T karakteristika NTC termistorja

3.2 B konstanta
Konstanta B je ena sama vrednost, ki označuje NTC termistor. Prilagoditev konstante B vedno zahteva dve točki. Konstanta B opisuje naklon obeh točk.
Če sta točki različni, tudi konstanta B bo drugačna, zato bodite pozorni pri primerjavi. (Glej sliko 2)

Vodoravna os je temperaturna značilnost 1-T

Slika 2: Različne konstante B izbrane pri 2 točke

Iz tega, vidi se, da je B naklon lnR vs. 1/T krivulja:

Murata za določitev konstante B uporablja 25 °C in 50 °C, napisano kot B (25/50).

Kot je prikazano na sliki 3, 1/T (T je absolutna temperatura) je v logaritemskem sorazmerju z vrednostjo upora. Vidi se, da je odnos blizu ravne črte.

V-I značilnosti NTC termistorjev

Slika 3: Temperaturne značilnosti z 1/T kot vodoravno osjo

3.3 Volt-amperske karakteristike (V-I značilnosti)
Karakteristike V-I termistorjev NTC so prikazane na sliki 4.

Konstanta toplotne disipacije na enoto elementa

Slika 4: V-I karakteristike NTC termistorjev

Na območju z nizkim tokom, napetost ohmskega kontakta postopoma narašča, ko tok postopoma narašča. Samosegrevanje, ki ga povzroča pretok toka, ne povzroči dviga temperature upora zaradi odvajanja toplote s površine termistorja in drugih delov.
Vendar, ko je proizvodnja toplote velika, temperatura samega termistorja se dvigne in vrednost upora se zmanjša. Na takem območju, sorazmerno razmerje med tokom in napetostjo ne velja več.

Na splošno, termistorji se uporabljajo na območjih, kjer je samosegrevanje čim nižje. Kot standard, priporočljivo je, da je obratovalni tok pod največjim obratovalnim tokom.

Če se uporablja na območju, kjer je napetost najvišja, lahko pride do toplotnih reakcij, kot sta ponavljajoče se segrevanje in zmanjšan upor, zaradi česar termistor postane rdeč ali se zlomi. Izogibajte se uporabi v tem obsegu.

3.4 Temperaturni koeficient odpornosti (a)
Hitrost spremembe NTC termistorja na enoto temperature je temperaturni koeficient, ki se izračuna po naslednji formuli.

Primer: Ko je temperatura blizu 50 °C in je konstanta B 3380K
α = −3380/(273.15 + 50)² × 100 [%/°C] = −3,2 [%/°C]
Zato, temperaturni koeficient upora je naslednji.

Toplotna časovna konstanta NTC termistorja

α = − B/T² × 100 [%/°C]

3.5 Konstanta toplotne disipacije (d)
Ko je temperatura okolja T1, ko termistor porabi moč P (mw) in njegova temperatura se spremeni v T2, velja naslednja formula.

P = d (T2 − T1)

δ je konstanta toplotne disipacije (mW/°C). Zgornja formula se preoblikuje na naslednji način.

Zmanjšanje največje napetosti NCU15

δ = P/ (T2 − T1)

Konstanta toplotnega odvajanja δ se nanaša na moč, potrebno za zvišanje temperature za 1 °C v pogojih samogrevanja.

Konstanta toplotnega odvajanja δ je določena z ravnotežjem med “samosegrevanje zaradi porabe energije” in “odvajanje toplote”, in se zato močno razlikuje glede na delovno okolje termistorja.

Največji delovni tok (Iop), največja delovna napetost (Vop)

Murata je definiral koncept “konstanta toplotne disipacije na enoto elementa”.

3.6 Toplotna časovna konstanta (t)

Ko se termistor, ki se vzdržuje pri temperaturi T0, nenadoma spremeni v temperaturo okolja T1, čas, potreben za spremembo na ciljno temperaturo T1, se imenuje termična časovna konstanta (t). Običajno, ta vrednost se nanaša na čas, potreben za dosego 63.2% temperaturne razlike med T0 in T1.

Murata metoda merjenja vrednosti upora

Ko termistor vzdržuje eno temperaturo (T0) je izpostavljen drugi temperaturi (T1), temperatura se eksponentno spreminja, in temperaturo (T) po preteku časa (t) se izraža na naslednji način.

T = (T1 − T0) (1 − eksp (−t/t) ) + T0

Vzemimo t = τ,

T = (T1 − T0) (1−1/e) + T0

(T − T0)/(T1 − T0) ＝ 1 − 1/e ＝ 0.632

Zato je τ določen kot čas za dosego 63.2% temperaturne razlike.
Slika 6: Toplotna časovna konstanta NTC termistorja

3.7 Maximum voltage (Vmax)

The maximum voltage that can be directly applied to the thermistor. When the applied voltage exceeds the maximum voltage, the product performance will deteriorate or even be destroyed.

Poleg tega, the temperature of the component rises due to self-heating. It is necessary to pay attention that the temperature of the component does not exceed the operating temperature range.

Output characteristics of resistor-grounded and thermistor-grounded circuits

Slika 7: Maximum voltage derating for NCU15 type

3.8 Največji delovni tok (Iop), največja delovna napetost (Vop)
Murata defines the maximum operating current and maximum operating voltage as the current and voltage at which self-heating is 0.1℃ when applied. With reference to this value, thermistors can achieve more accurate temperature measurement.

Zato, uporaba toka/napetosti, ki presega največji delovni tok/napetost, ne povzroči poslabšanja delovanja termistorja. Vendar, upoštevajte, da bo samosegrevanje komponente povzročilo napake pri zaznavanju.

Kako Murata izračuna največji delovni tok

Pri izračunu največjega delovnega toka, konstanta toplotne disipacije (1mW/°C) zahtevana je komponenta enote. Konstanta toplotne disipacije označuje stopnjo toplotne disipacije, vendar se stanje odvajanja toplote zelo razlikuje glede na delovno okolje.
Delovno okolje vključuje material, debelina, struktura, velikost območja spajkanja, stik z vročo ploščo, embalaža iz smole, itd. podlage. Uporaba definicije komponente enote odpravlja dejavnike motenj iz okolja.
Glede na izkušnje, konstanta toplotnega odvajanja pri dejanski uporabi je približno 3 do 4 krat večja od komponente enote. Ob predpostavki, da je dejanska konstanta toplotnega odvajanja 3.5 krat, največji obratovalni tok je prikazan na modri krivulji na sliki. V primerjavi s primerom 1 mW/°C, zdaj je 1.9 krat (√3,5-krat).

3.9 Vrednost odpornosti proti ničelni obremenitvi
Vrednost upora, izmerjena pri toku (napetost) kjer je samoogrevanje zanemarljivo. Kot standard, priporočljivo je uporabiti največji delovni tok.

Prilagoditev vrednosti R in sprememba izhodnih karakteristik

Slika 9: Murata metoda merjenja vrednosti upora

4. Kako uporabiti
4.1 Shema vezja
Izhodna napetost se lahko razlikuje glede na shemo ožičenja NTC termistorja. Lahko ga simulirate na naslednjem URL-ju na uradni spletni strani Murata.

SimSurfing: Simulator NTC termistorja (murata.co.jp)
Slika 10 Izhodne značilnosti ozemljitvenih tokokrogov uporov in termistorjev
4.2 Prilagoditev R1 (napetostni delilni upor), R2 (vzporedni upor), R3 (serijski upor)

Izhodna napetost se lahko razlikuje glede na diagram vezja.
Slika 11 Prilagoditev vrednosti R in sprememba izhodnih karakteristik

4.3 Izračun napake zaznavanja z uradnim orodjem Murata

Izberite ustrezne parametre termistorja NTC in ustrezne parametre vezja delilnika napetosti (referenčna napetost in napetostni delilni upor, natančnost odpornosti), in potem se krivulja napake zaznavanja temperature lahko ustvari normalno, kot je prikazano na spodnji sliki:
Slika 12 Ustvarjanje krivulje napak zaznavanja temperature z uradnimi orodji