Китайський індивідуальний датчик NTC і кабель

Датчик і кабель є формою упаковки датчика, який є основним елементом датчика. Датчик упакований через прийнятну електронну схему та зовнішню структуру упаковки. Він має деякі незалежні функціональні компоненти, які нам потрібні. Як датчик, його зазвичай поділяють на: Термісторний зонд NTC, Зонд PT100, Зонд PT1000, Зонд ds18b20, датчик температури води, автомобільний зонд датчика, зонд RTD, датчик контролю температури, зонд регулювання температури, щуп датчика побутової техніки, тощо.

Щуп датчика Ds18b20 з кабелем

Датчик контролю температури з кабелем

Зонд датчика температури PT100 з кабелем

Структура датчика NTC на основі передбачення температури та метод її вимірювання температури, зонд включає в себе: кілька зондів NTC; мідна оболонка; металева опорна конструкція, дріт і теплопровідник.
Крок 1, серед m зондів NTC, отримати температури T0, Т1, …, Tn вимірюється через рівні проміжки часу через кожен зонд NTC, де n являє собою порядковий номер зібраної температури;
Крок 2, обчислити різницю температур vn=TnTn1, зібрану під час суміжних вимірювань температури;
Крок 3, обчислити параметр α=vn/vn1;
Крок 4, розрахувати прогнозовану температуру Tp=Tn1+vn/(1a) одного зонда;
Крок 5, обчислити виміряну температуру Tb. Даний винахід може додатково зменшити помилку і має хорошу загальну застосовність.

Повний аналіз термісторів!

🤔 Чи знаєте ви, що таке термістор?? Це маленький знавець електронних схем!

👍 Термістори, простими словами, є типом чутливого елемента, який може регулювати значення свого опору відповідно до змін температури.

🔥 Термістор з позитивним температурним коефіцієнтом (PTC), при підвищенні температури, його значення опору значно збільшиться. Ця особливість робить його яскравим у схемах автоматичного керування!

Датчик температури води з кабелем

Датчик NTC духовки для барбекю з кабелем

Датчик і кабель NTC

❄️ Термістор з негативним температурним коефіцієнтом (NTC) це протилежність, при цьому опір зменшується при підвищенні температури. У побутовій техніці, часто використовується для плавного старту, схеми автоматичного виявлення та керування.

💡 Тепер ви глибше розумієте термістори! В електронному світі, це незамінна роль!

1. Знайомство з НТК
Термістор NTC - це термістор, названий на честь абревіатури негативного температурного коефіцієнта. Зазвичай, термін “термістор” відноситься до термісторів NTC. Його відкрив Майкл Фарадей, який у той час вивчав напівпровідники сульфіду срібла, в 1833, і комерціалізований Семюелем Рубеном у 1930-х роках. Термістор NTC - це оксидна напівпровідникова кераміка, що складається з марганцю (Мн), нікель (в) і кобальт (Co).
Це можна побачити всюди в нашому житті. Через те, що опір зменшується з підвищенням температури, він використовується не тільки як датчик температури в термометрах і кондиціонерах, або пристрій контролю температури в смартфонах, чайники та праски, але також використовується для контролю струму в обладнанні електропостачання. Нещодавно, оскільки підвищується ступінь електрифікації транспортного засобу, термістори все частіше використовуються в автомобільній продукції.

2. Принцип роботи
Загалом, опір металів зростає з підвищенням температури. Це тому, що тепло посилює вібрацію решітки, і відповідно зменшується середня швидкість руху вільних електронів.

На противагу, частка вільних електронів і дірок у напівпровідниках збільшується за рахунок теплопровідності, і ця частина більша, ніж частка частини, де швидкість зменшується, тому значення опору зменшується.

Крім того, через існування забороненої зони в напівпровідниках, при зовнішньому нагріванні, електрони валентної зони переходять у зону провідності і проводять електрику. Іншими словами, значення опору зменшується при підвищенні температури.

3. Основні характеристики
3.1 Опірно-температурні характеристики (R-T характеристики)
Значення опору термістора NTC вимірюється при струмі з досить низьким самонагріванням (тепло, що утворюється внаслідок прикладеного струму). Як стандарт, рекомендується використовувати максимальний робочий струм. І, значення опору необхідно виражати в парі з температурою.
Характеристична крива описується такою формулою:

R0, R1: значення опору при температурі T0, Т1

T0, Т1: абсолютна температура

Б: B постійна

R-T характеристики термісторів NTC

малюнок 1: R-T характеристика NTC термістора

3.2 B постійна
Константа B - це одне значення, яке характеризує термістор NTC. Для коригування константи B завжди потрібні дві точки. Константа B описує нахил двох точок.
Якщо дві точки різні, постійна B також буде іншою, тому будь ласка, зверніть увагу при порівнянні. (Дивіться малюнок 2)

По горизонтальній осі – температурна характеристика 1-Тл

малюнок 2: Різні константи B вибрано на 2 балів

З цього, можна побачити, що B є нахилом lnR від. 1/Т-крива:

Мурата використовує 25°C і 50°C для визначення постійної B, пишеться як Б (25/50).

Як показано на малюнку 3, 1/Т (Т - абсолютна температура) знаходиться в логарифмічній пропорції до значення опору. Видно, що залежність близька до прямолінійної.

V-I характеристики NTC термісторів

малюнок 3: Температурні характеристики з 1/T як горизонтальна вісь

3.3 Вольт-амперні характеристики (V-I характеристики)
V-I характеристики термісторів NTC показані на малюнку 4.

Константа розсіювання тепла на одиницю елемента

малюнок 4: V-I характеристики термісторів NTC

У зоні слабкого струму, напруга омічного контакту поступово зростає в міру поступового збільшення струму. Самонагрівання, викликане потоком струму, не викликає підвищення температури резистора через розсіювання тепла від поверхні термістора та інших частин.
Проте, коли виділення тепла велике, температура самого термістора підвищується, а значення опору зменшується. У такому районі, пропорційне співвідношення між струмом і напругою більше не виконується.

Загалом, термістори використовуються в місцях, де самонагрівання є настільки низьким, наскільки це можливо. Як стандарт, рекомендовано підтримувати робочий струм нижче максимального робочого струму.

Якщо використовується в зоні, що перевищує пік напруги, можуть виникнути теплові реакції, такі як повторне нагрівання та зниження опору, через що термістор почервоніє або зламається. Уникайте використання в цьому діапазоні.

3.4 Температурний коефіцієнт опору (a)
Швидкість зміни термістора NTC на одиницю температури є температурним коефіцієнтом, який розраховується за такою формулою.

приклад: Коли температура близька до 50°C і постійна B становить 3380K
α = −3380/(273.15 + 50)² × 100 [%/°C] = −3,2 [%/°C]
Отже, температурний коефіцієнт опору такий.

Теплова постійна часу NTC термістора

α = − B/T² × 100 [%/°C]

3.5 Константа розсіювання тепла (d)
При температурі навколишнього середовища Т1, коли термістор споживає потужність P (мвт) і його температура змінюється на Т2, має місце наступна формула.

P = d (Т2 − Т1)

δ – постійна тепловиділення (мВт/°C). Наведена вище формула перетворюється наступним чином.

Зниження максимальної напруги NCU15

δ = P/ (Т2 − Т1)

Константа розсіювання тепла δ відноситься до потужності, необхідної для підвищення температури на 1 °C в умовах самонагрівання.

Константа розсіювання тепла δ визначається балансом між “самонагрівання через споживання електроенергії” і “тепловіддача”, і, отже, значно змінюється залежно від робочого середовища термістора.

Максимальний робочий струм (Iop), максимальна робоча напруга (Воп)

Мурата визначив поняття “константа розсіювання тепла на одиницю елемента”.

3.6 Теплова постійна часу (t)

Коли температура термістора T0 раптово змінюється на температуру навколишнього середовища T1, час, потрібний для переходу до цільової температури T1, називається тепловою постійною часу (t). Зазвичай, це значення відноситься до часу, необхідного для досягнення 63.2% різниці температур між T0 і T1.

Метод вимірювання значення опору Мурата

При терморезисторе підтримується одна температура (T0) піддається іншій температурі (Т1), температура змінюється експоненціально, і температура (Т) після закінчення часу (t) виражається наступним чином.

T = (T1 − T0) (1 − експ (−т/т) ) + T0

Візьмемо t = τ,

T = (T1 − T0) (1−1/е) + T0

(T − T0)/(T1 − T0) ＝ 1 − 1/e ＝ 0.632

Тому τ вказується як час досягнення 63.2% різниці температур.
малюнок 6: Теплова постійна часу NTC термістора

3.7 Максимальна напруга (Vмакс)

Максимальна напруга, яку можна безпосередньо подати на термістор. Коли прикладена напруга перевищує максимальну напругу, характеристики продукту погіршаться або навіть будуть знищені.

Крім того, температура компонента підвищується за рахунок самонагрівання. Необхідно звернути увагу на те, щоб температура компонента не перевищувала робочий температурний діапазон.

Вихідні характеристики ланцюгів із заземленням резисторів і термісторів

малюнок 7: Максимальне зниження напруги для типу NCU15

3.8 Максимальний робочий струм (Iop), максимальна робоча напруга (Воп)
Мурата визначає максимальний робочий струм і максимальну робочу напругу як струм і напругу, при яких самонагрівання становить 0,1 ℃ під час застосування. З посиланням на це значення, термістори можуть досягти більш точного вимірювання температури.

Отже, застосування струму/напруги, що перевищує максимальний робочий струм/напругу, не призводить до погіршення продуктивності термістора. Проте, зверніть увагу, що самонагрівання компонента спричинить помилки визначення.

Як Murata розраховує максимальний робочий струм

При розрахунку максимального робочого струму, константа розсіювання тепла (1мВт/°C) визначається компонентом одиниці. Константа тепловиділення вказує на ступінь тепловиділення, але стан розсіювання тепла значно змінюється в залежності від робочого середовища.
Робоче середовище включає матеріал, товщина, структура, розмір зони пайки, контакт гарячої плити, смоляна упаковка, тощо. підкладки. Використання визначення одиниці компонента усуває фактори навколишнього середовища.
За досвідом, константа розсіювання тепла при фактичному використанні становить приблизно 3 до 4 разів більше, ніж одиничний компонент. Припускаючи, що фактична константа розсіювання тепла дорівнює 3.5 разів, максимальний робочий струм показано синьою кривою на малюнку. Порівняно з випадком 1 мВт/°C, це зараз 1.9 разів (√3,5 рази).

3.9 Значення опору нульового навантаження
Значення опору, виміряне при струмі (напруга) де самонагрівання незначне. Як стандарт, рекомендується використовувати максимальний робочий струм.

Регулювання значення R і зміна вихідних характеристик

малюнок 9: Метод вимірювання значення опору Мурата

4. Як використовувати
4.1 Електрична схема
Вихідна напруга може відрізнятися залежно від схеми підключення термістора NTC. Ви можете змоделювати це за такою URL-адресою на офіційному веб-сайті Murata.

SimSurfing: Симулятор термістора NTC (murata.co.jp)
малюнок 10 Вихідні характеристики ланцюгів заземлення резисторів і термісторів
4.2 Регулювання R1 (резистор дільник напруги), R2 (паралельний резистор), R3 (послідовний резистор)

Вихідна напруга може змінюватися залежно від електричної схеми.
малюнок 11 Регулювання значення R і зміна вихідних характеристик

4.3 Розрахунок похибки виявлення за допомогою офіційного інструменту Murata

Виберіть відповідні параметри термістора NTC і відповідні параметри схеми дільника напруги (опорна напруга та резистор дільника напруги, точність опору), і тоді криву похибок визначення температури можна створити нормально, як показано на малюнку нижче:
малюнок 12 Створення кривої помилок визначення температури за допомогою офіційних інструментів