Đầu dò và cáp cảm biến NTC tùy chỉnh của Trung Quốc

Đầu dò và cáp cảm biến là dạng đóng gói của cảm biến, đó là đơn vị cơ bản nhất của cảm biến. Cảm biến được đóng gói thông qua mạch điện tử hợp lý và cấu trúc bao bì bên ngoài. Nó có một số thành phần chức năng độc lập mà chúng ta cần. Giống như cảm biến, nó thường được chia thành: Đầu dò nhiệt điện trở NTC, Đầu dò PT100, Đầu dò PT1000, đầu dò Ds18b20, đầu dò nhiệt độ nước, đầu dò cảm biến ô tô, đầu dò RTD, đầu dò kiểm soát nhiệt độ, đầu dò điều chỉnh nhiệt độ, đầu dò cảm biến thiết bị gia dụng, vân vân.

Đầu dò cảm biến Ds18b20 kèm cáp

Đầu dò kiểm soát nhiệt độ bằng cáp

Đầu dò cảm biến nhiệt độ PT100 kèm cáp

Cấu trúc đầu dò NTC dựa trên dự đoán nhiệt độ và phương pháp đo nhiệt độ của nó, đầu dò bao gồm: nhiều đầu dò NTC; vỏ đồng; cấu trúc hỗ trợ kim loại, dây dẫn và dẫn nhiệt.
Bước chân 1, trong số m đầu dò NTC, thu được nhiệt độ T0, T1, …, Tn được đo ở các khoảng thời gian bằng nhau qua từng đầu dò NTC, trong đó n đại diện cho số sê-ri của nhiệt độ thu được;
Bước chân 2, tính chênh lệch nhiệt độ vn=TnTn1 thu được ở các lần đo nhiệt độ liền kề;
Bước chân 3, tính tham số α=vn/vn1;
Bước chân 4, tính toán nhiệt độ dự báo Tp=Tn1+vn/(1Một) của một đầu dò duy nhất;
Bước chân 5, tính nhiệt độ đo được Tb. Sáng chế có thể làm giảm sai sót hơn nữa và có khả năng áp dụng chung tốt.

Phân tích đầy đủ về nhiệt điện trở!

🤔 Bạn có biết nhiệt điện trở là gì không? Đó là một chuyên gia nhỏ về mạch điện tử!

👍 Điện trở nhiệt, trong điều kiện đơn giản, là loại phần tử nhạy cảm có thể điều chỉnh giá trị điện trở theo sự thay đổi nhiệt độ.

🔥 Nhiệt kế hệ số nhiệt độ dương (PTC), khi nhiệt độ tăng lên, giá trị điện trở của nó sẽ tăng lên đáng kể. Tính năng này làm cho nó tỏa sáng trong các mạch điều khiển tự động!

Đầu dò cảm biến nhiệt độ nước kèm cáp

Cảm biến NTC của lò nướng BBQ có dây cáp

Đầu dò và cáp cảm biến NTC

❄️Thermistor hệ số nhiệt độ âm (NTC) thì ngược lại, điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. Trong các thiết bị gia dụng, nó thường được sử dụng để khởi động mềm, mạch phát hiện và điều khiển tự động.

💡 Bây giờ bạn đã hiểu sâu hơn về nhiệt điện trở! Trong thế giới điện tử, đó là một vai trò không thể thiếu!

1. Giới thiệu về NTC
Nhiệt điện trở NTC là một điện trở nhiệt được đặt theo tên viết tắt của Hệ số nhiệt độ âm. Thường xuyên, thuật ngữ “nhiệt điện trở” đề cập đến nhiệt điện trở NTC. Nó được phát hiện bởi Michael Faraday, lúc đó đang nghiên cứu chất bán dẫn bạc sunfua, TRONG 1833, và được thương mại hóa bởi Samuel Reuben vào những năm 1930. Nhiệt điện trở NTC là một loại gốm bán dẫn oxit bao gồm mangan (Mn), Niken (TRONG) và coban (có).
Nó có thể được nhìn thấy ở mọi nơi trong cuộc sống của chúng ta. Do đặc tính điện trở giảm khi nhiệt độ tăng, nó không chỉ được sử dụng như một thiết bị cảm biến nhiệt độ trong nhiệt kế và máy điều hòa không khí, hoặc thiết bị kiểm soát nhiệt độ trong điện thoại thông minh, ấm đun nước và bàn là, mà còn được sử dụng để điều khiển dòng điện trong thiết bị cung cấp điện. Gần đây, khi mức độ điện khí hóa của xe tăng lên, Điện trở nhiệt ngày càng được sử dụng nhiều trong các sản phẩm ô tô.

2. Nguyên tắc làm việc
Nói chung là, điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng. Điều này là do nhiệt làm tăng cường độ dao động của mạng, và tốc độ di chuyển trung bình của các electron tự do giảm theo.

Ngược lại, tỷ lệ electron tự do và lỗ trống trong chất bán dẫn tăng lên do dẫn nhiệt, và phần này lớn hơn tỷ lệ phần có tốc độ giảm, nên giá trị điện trở giảm.

Ngoài ra, do sự tồn tại của vùng cấm trong chất bán dẫn, khi được làm nóng bên ngoài, các electron ở vùng hoá trị chuyển lên vùng dẫn và dẫn điện. Nói cách khác, giá trị điện trở giảm khi nhiệt độ tăng.

3. Đặc điểm cơ bản
3.1 Đặc tính kháng nhiệt độ (Đặc tính R-T)
Giá trị điện trở của nhiệt điện trở NTC được đo ở dòng điện có khả năng tự phát nhiệt đủ thấp (nhiệt sinh ra do dòng điện tác dụng). Như một tiêu chuẩn, nên sử dụng dòng điện hoạt động tối đa. Và, giá trị điện trở cần được biểu thị theo cặp với nhiệt độ.
Đường cong đặc tính được mô tả bằng công thức sau:

R0, R1: giá trị điện trở ở nhiệt độ T0, T1

T0, T1: nhiệt độ tuyệt đối

B: hằng số B

Đặc tính R-T của nhiệt điện trở NTC

Nhân vật 1: Đặc tính R-T của nhiệt điện trở NTC

3.2 hằng số B
Hằng số B là một giá trị duy nhất đặc trưng cho nhiệt điện trở NTC. Việc điều chỉnh hằng số B luôn cần hai điểm. Hằng số B mô tả độ dốc của hai điểm.
Nếu hai điểm khác nhau, hằng số B cũng sẽ khác, vì vậy hãy chú ý khi so sánh. (Xem hình 2)

Trục hoành là đặc tính nhiệt độ của 1-T

Nhân vật 2: Các hằng số B khác nhau được chọn tại 2 điểm

Từ đây, có thể thấy B là độ dốc của lnR vs. 1/đường cong chữ T:

Murata sử dụng 25°C và 50°C để xác định hằng số B, viết là B (25/50).

Như trong hình 3, 1/T (T là nhiệt độ tuyệt đối) tỷ lệ logarit với giá trị điện trở. Có thể thấy mối quan hệ gần như một đường thẳng.

Đặc điểm V-I của nhiệt điện trở NTC

Nhân vật 3: Đặc tính nhiệt độ với 1/T là trục ngang

3.3 Đặc tính volt-ampe (Đặc điểm V-I)
Đặc tính V-I của nhiệt điện trở NTC được thể hiện trong hình 4.

Hằng số tản nhiệt trên một đơn vị phần tử

Nhân vật 4: Đặc tính V-I của nhiệt điện trở NTC

Ở khu vực có dòng điện thấp, điện áp của tiếp điểm ohmic tăng dần khi dòng điện tăng dần. Hiện tượng tự phát nhiệt do dòng điện chạy qua không làm tăng nhiệt độ của điện trở bằng cách tản nhiệt từ bề mặt của điện trở nhiệt và các bộ phận khác.
Tuy nhiên, khi nhiệt sinh ra lớn, nhiệt độ của nhiệt điện trở tăng và giá trị điện trở giảm. Trong một khu vực như vậy, mối quan hệ tỷ lệ giữa dòng điện và điện áp không còn giữ nguyên.

Nói chung là, nhiệt điện trở được sử dụng ở khu vực có khả năng tự sưởi ấm càng thấp càng tốt. Như một tiêu chuẩn, nên giữ dòng điện hoạt động dưới mức dòng điện hoạt động tối đa.

Nếu sử dụng ở khu vực vượt quá điện áp đỉnh, các phản ứng thoát nhiệt như gia nhiệt lặp đi lặp lại và giảm điện trở có thể xảy ra, làm cho nhiệt điện trở chuyển sang màu đỏ hoặc vỡ. Vui lòng tránh sử dụng nó trong phạm vi này.

3.4 Hệ số nhiệt độ của điện trở (Một)
Tốc độ thay đổi của nhiệt điện trở NTC trên một đơn vị nhiệt độ là hệ số nhiệt độ, được tính theo công thức sau.

Ví dụ: Khi nhiệt độ gần 50°C và hằng số B là 3380K
α = −3380/(273.15 + 50)² × 100 [%/°C] = −3,2 [%/°C]
Vì thế, hệ số nhiệt độ của điện trở như sau.

Hằng số thời gian nhiệt của nhiệt điện trở NTC

α = − B/T2 × 100 [%/°C]

3.5 Hằng số tản nhiệt (d)
Khi nhiệt độ môi trường là T1, khi nhiệt điện trở tiêu thụ điện năng P (mw) và nhiệt độ của nó thay đổi thành T2, công thức sau đây đúng.

P = d (T2 − T1)

δ là hằng số tản nhiệt (mW/°C). Công thức trên được biến đổi như sau.

Giảm điện áp tối đa NCU15

δ = P/ (T2 − T1)

Hằng số tản nhiệt δ đề cập đến công suất cần thiết để tăng nhiệt độ thêm 1°C trong điều kiện tự phát nhiệt.

Hằng số tản nhiệt δ được xác định bởi sự cân bằng giữa “tự sưởi ấm do tiêu thụ điện năng” Và “tản nhiệt”, và do đó thay đổi đáng kể tùy thuộc vào môi trường hoạt động của nhiệt điện trở.

Dòng điện hoạt động tối đa (Iop), điện áp hoạt động tối đa (vop)

Murata đã định nghĩa khái niệm “hằng số tản nhiệt trên một đơn vị phần tử”.

3.6 Hằng số thời gian nhiệt (t)

Khi một điện trở nhiệt duy trì ở nhiệt độ T0 đột ngột thay đổi thành nhiệt độ môi trường T1, thời gian cần thiết để thay đổi đến nhiệt độ mục tiêu T1 được gọi là hằng số thời gian nhiệt (t). Thường xuyên, giá trị này đề cập đến thời gian cần thiết để đạt được 63.2% Chênh lệch nhiệt độ giữa T0 và T1.

Phương pháp đo giá trị điện trở của Murata

Khi một nhiệt điện trở duy trì ở một nhiệt độ (T0) được tiếp xúc với nhiệt độ khác (T1), nhiệt độ thay đổi theo cấp số nhân, và nhiệt độ (T) sau khi thời gian trôi qua (t) được thể hiện như sau.

T = (T1 – T0) (1 − điểm kinh nghiệm (−t/t) ) + T0

Lấy t = τ,

T = (T1 – T0) (1−1/e) + T0

(T – T0)/(T1 – T0) ＝ 1 − 1/e ＝ 0.632

Đó là lý do tại sao τ được chỉ định là thời gian để đạt được 63.2% của sự chênh lệch nhiệt độ.
Nhân vật 6: Hằng số thời gian nhiệt của nhiệt điện trở NTC

3.7 Điện áp tối đa (Vmax)

Điện áp tối đa có thể cấp trực tiếp vào nhiệt điện trở. Khi điện áp đặt vào vượt quá điện áp tối đa, hiệu suất sản phẩm sẽ xấu đi hoặc thậm chí bị phá hủy.

Ngoài ra, nhiệt độ của bộ phận tăng lên do tự nóng lên. Cần chú ý nhiệt độ của linh kiện không vượt quá khoảng nhiệt độ hoạt động.

Đặc tính đầu ra của mạch nối đất bằng điện trở và nối đất bằng điện trở

Nhân vật 7: Giảm điện áp tối đa cho loại NCU15

3.8 Dòng điện hoạt động tối đa (Iop), điện áp hoạt động tối đa (vop)
Murata xác định dòng điện hoạt động tối đa và điện áp hoạt động tối đa là dòng điện và điện áp mà tại đó khả năng tự làm nóng là 0,1oC khi áp dụng. Với tham chiếu đến giá trị này, nhiệt điện có thể đạt được phép đo nhiệt độ chính xác hơn.

Vì thế, việc áp dụng dòng điện/điện áp vượt quá dòng điện/điện áp hoạt động tối đa không làm suy giảm hiệu suất của điện trở nhiệt. Tuy nhiên, xin lưu ý rằng việc tự làm nóng bộ phận sẽ gây ra lỗi phát hiện.

Cách Murata tính toán dòng điện hoạt động tối đa

Khi tính toán dòng điện hoạt động tối đa, hằng số tản nhiệt (1mW/°C) được xác định bởi thành phần đơn vị là bắt buộc. Hằng số tản nhiệt cho biết mức độ tản nhiệt, nhưng trạng thái tản nhiệt thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào môi trường làm việc.
Môi trường làm việc bao gồm vật chất, độ dày, kết cấu, kích thước vùng hàn, tiếp xúc tấm nóng, bao bì nhựa, vân vân. của chất nền. Việc sử dụng định nghĩa thành phần đơn vị giúp loại bỏ các yếu tố nhiễu môi trường.
Theo kinh nghiệm, hằng số tản nhiệt trong sử dụng thực tế là khoảng 3 ĐẾN 4 lần thành phần đơn vị. Giả sử hằng số tản nhiệt thực tế là 3.5 lần, dòng điện hoạt động tối đa được thể hiện ở đường cong màu xanh trong hình. So với trường hợp 1mW/°C, bây giờ là vậy 1.9 lần (√3,5 lần).

3.9 Giá trị điện trở không tải
Giá trị điện trở đo được ở dòng điện (điện áp) trong đó khả năng tự sưởi ấm là không đáng kể. Như một tiêu chuẩn, nên sử dụng dòng điện hoạt động tối đa.

Điều chỉnh giá trị R và thay đổi đặc tính đầu ra

Nhân vật 9: Phương pháp đo giá trị điện trở của Murata

4. Cách sử dụng
4.1 Sơ đồ mạch
Điện áp đầu ra có thể thay đổi tùy theo sơ đồ nối dây điện trở nhiệt NTC. Bạn có thể mô phỏng nó tại URL sau trên trang web chính thức của Murata.

SimLướt Sóng: Bộ mô phỏng nhiệt điện trở NTC (murata.co.jp)
Nhân vật 10 Đặc tính đầu ra của mạch nối đất bằng điện trở và mạch nối đất bằng điện trở
4.2 Điều chỉnh R1 (điện trở chia điện áp), R2 (điện trở song song), R3 (loạt điện trở)

Điện áp đầu ra có thể thay đổi tùy theo sơ đồ mạch.
Nhân vật 11 Điều chỉnh giá trị R và thay đổi đặc tính đầu ra

4.3 Tính toán lỗi phát hiện bằng công cụ chính thức của Murata

Lựa chọn các thông số liên quan của nhiệt điện trở NTC và các thông số liên quan của mạch chia điện áp (Điện áp tham chiếu và điện trở chia điện áp, độ chính xác kháng chiến), và sau đó đường cong lỗi phát hiện nhiệt độ có thể được tạo ra bình thường, như thể hiện trong hình dưới đây:
Nhân vật 12 Tạo đường cong lỗi phát hiện nhiệt độ bằng các công cụ chính thức

Công cụ tạo đường cong lỗi nhiệt điện trở NTC cảm biến nhiệt độ