NTC терморезистор що таке beta. Термістор - характеристика та принцип дії. Застосування РТС-термісторів

Доброго вам дня! Сьогодні у цій статті буде простий спосіб перевірки термістора. Напевно, всім радіоаматорам відомо, що термістори бувають двох типів. NTC(Негативний температурний коефіцієнт) та PTC(Позитивний температурний коефіцієнт). Як випливає з їх назв, опір термістора NTC буде зменшуватись із підвищенням температури, а опір термістора PTC з зростанням температури – збільшиться. Грубо перевірити термістори NTC та PTC можна за допомогою будь-якого мультиметра та паяльника.

Для цього потрібно переключити мультиметр у режим вимірювання опору та підключити його клеми до висновків термістора (полярність не має значення). Запам'ятайте опір і піднесіть нагрітий паяльник до термістора і в цей же час дивіться за опором, він повинен збільшуватися або зменшуватися. Залежно від якого типу термістор перед вами PTC чи NTC. Якщо все, тому що описано вище термістор справний.

Тепер як це буде на практиці, а для практики я взяв перший термістор, що попався, це виявився NTC термістор MF72. Насамперед я підключив його до мультиметра, щоб зняти процес перевірки і через відсутність крокодильчиків на мультиметрі, мені довелося припаяти до термістору дроту і потім просто прикрутити до контактів мультиметра.

Як видно по фото при кімнатній температурі опір термістора 6.9 Ом, це значення навряд чи правильне, оскільки індикатор розрядженої батареї світиться. Потім я підніс паяльник до термістора і трохи торкнувся висновку, щоб швидше передати тепло від паяльника до термістора.

Опір почав не поспішаючи зменшуватися і зупинився на значенні 2 Ома, мабуть за такої температури паяльника це мінімальне значення. Виходячи з цього, я майже на всі сто впевнений, що цей термістор справний.

Якщо зміна опору буде не плавним або взагалі не буде, будь-яких змін означає, що термістор несправний.

Запам'ятайте це лише груба перевірка. Для ідеальної перевірки вам потрібно виміряти температуру та відповідний опір термістора, потім ці значення порівняти з даташитом на даний термістор.

Температура є одним з найбільш поширених параметрів, що реєструються системою, що вбудовується. Для таких вимірів існує широкий вибір датчиків температури. Діапазон типів датчиків простягається від екзотичних детекторів чорного тіла до найпростіших резистивних сенсорів, включаючи безліч типів, що знаходяться між цими полюсами. У цій статті я коротко розповім про терморезистори з негативним температурним коефіцієнтом (NTC термістори) - одних із найпоширеніших датчиків температури, що використовуються в різних системах, що вбудовуються.

Термістори

Термістор є резистивним елементом, як правило, виготовлений з полімеру або напівпровідника, опір якого змінюється в залежності від температури. Цей тип пристрою не слід плутати з резистивним датчиком температури (RTD). Зазвичай RTD набагато точніше, коштують дорожче та охоплюють ширший діапазон температур.

Існують два типи термісторів, що відрізняються характером залежності опору від температури. Якщо значення опору зменшується зі зростанням температури, ми називаємо цей пристрій термістором з негативним температурним коефіцієнтом (NTC). Якщо опір зростання температури зростає, цей пристрій відомий як термістор з позитивним температурним коефіцієнтом (PTC). Як правило, PTC-пристрої використовуються як засоби захисту, а NTC-пристрої застосовуються як термодатчики. Найчастіше NTC термістори застосовуються контролю PN-переходів широкосмугових лазерних діодів.

Ще однією характеристикою терморезистора є ціна. У невеликих партіях типовий термістор коштує зазвичай від $0.05 до $0.10 за штуку. Низька ціна і простота підключення роблять ці пристрої дуже привабливими для додатків, що вбудовуються.

Типовий діапазон вимірювання температури термістора становить від -50 до +125 °C. Більшість додатків, які використовують термістори, працюють у діапазоні від -10 °C до +70 °C, або, як його називають, у комерційному діапазоні температур навколишнього середовища.

Типова похибка опору термістора досить велика. Більшість термісторів виготовляється із допустимим відхиленням опору ±5%.

Однак їхня точність цілком прийнятна. Як правило, ми можемо розраховувати, що вона знаходиться в діапазоні від ±0.5 до ±1.0%.

Вираз, що зв'язує температуру та опір термістора, відомий як рівняння Стейнхарта-Харта. Це нелінійне рівняння показано нижче.

На малюнку 1 показаний графік залежності опору від температури для NTC термістора ERTJZET472 компанії. Цей графік показує, що на лінійній шкалі залежність опору температури дуже нелінійна.

Як правило, термістори оцінюються за параметром, відомим як значення R25. Це типовий опір термістора за 25 °C. Значення R25 для цього термістора становить 4700 Ом.

Ми можемо легко підключити термістор до малопотужного джерела струму. Потім ми можемо вважати напругу за допомогою АЦП і порівняти отриманий результат з відповідним рядком перегляду, щоб дізнатися справжню температуру. Ми можемо також спробувати лінеаризувати залежність опору від температури.

У деяких системах з обмеженою пам'яттю ми не можемо дозволити собі таку розкіш, як створення таблиці перетворення. Тому в такому додатку свідчення термістора спробуємо лінеаризувати.

Наближення першого порядку показує нам, що опір термістора приблизно обернено пропорційно температурі. З огляду на це ми можемо створити схему зворотної пропорції, щоб спробувати лінеаризувати криву залежності опору від температури. З Малюнку 2 видно, як це робиться.

Якби ми справді хотіли заощадити гроші, то могли б прибрати джерело опорної напруги. Для цього буде потрібна певна додаткова фільтрація, щоб усунути будь-які шуми джерела живлення. Важливо, що АЦП та термісторний ланцюг мають одне джерело опорної напруги. Це дозволяє використовувати логометричний метод вимірювання для термістора щодо показань АЦП. Тобто вимір буде незалежним від напруги збудження інтерфейсного ланцюга термістора.

Показання температури залежать тільки від опору зміщення (RB) та опору термістора (RTH). Ми можемо назвати їхнє відношення коефіцієнтом поділу (D). Вираз для коефіцієнта розподілу не відрізняється від виразу для простого дільника напруги (Рівняння 2).

На малюнку 3 показаний набір кривих для різних значень опору усунення лінеаризуючого ланцюга термістора. Ці графіки також демонструють достатній рівень лінійності в діапазоні від 0 до 70 °C; при цьому найкраща лінійність досягається з нижчим опором резистора усунення.

Іншим, найкращим способом поглянути на це є зображення на графіку різниці між значеннями температури, взятими з документації, та лінеаризованими значеннями. Такий графік наведено на малюнку 4. Цей малюнок також демонструє, що найкраща лінійність досягається при меншому значенні опору зміщення. Графік показує, що резистор номіналом 2 ком дасть лінійність приблизно ±3 °C в діапазоні температур від 0 до 70 °C.

У цьому прикладі лінійний вираз для залежності температури від коефіцієнта опорів при номіналі резистора усунення 2 кОм наведено в рівнянні 3.

T – температура в градусах Цельсія,
D – коефіцієнт поділу.

На резистивний дільник і АЦП подається одна і та ж опорна напруга. Отже, ми можемо легко вивести залежність коефіцієнта поділу від показань АЦП. Якщо припустити, що перетворювач має розрядність N біт, отримаємо співвідношення, показане в Рівнянні 4.

D - коефіцієнт розподілу,
ADC - показання АЦП,
N - розрядність АЦП (кількість біт).

Підставивши рівняння 4 в рівняння 3, отримаємо вираз, що зв'язує показання АЦП з температурою. Воно представлено рівнянням 5.

Висновки

Іноді, як розробникам електроніки, що вбудовується, нам доводиться вирішувати проблему підключення датчика до системи. У цій статті я розглянув просту схему датчика температури на основі термістора та показав, як лінеаризувати температурну залежність опору.

Однією з основних переваг використання термісторів є їхня ціна. Як правило, при покупці в невеликих кількостях ці датчики коштують приблизно від $0.05 до $0.10. Точність цих датчиків цілком пристойна. Зазвичай допуск опору або допуск R25 цих пристроїв становить від ±3% до ±5%. Тому схема лінеаризації з нелінійністю ±3 °C також може вважатися задовільною.

Звичайно, ми завжди можемо використовувати більш дорогий датчик, який дасть точніший результат. До подібних типів датчиків можна віднести:

1. Датчики із PN-переходом. Низька вартість, прийнятна точність.
2. Мікросхеми датчиків температури. Зазвичай вони є деяким різновидом датчиків з PN-переходом.
3. Резивні датчики температури (RTD). Вони, як правило, дуже точні і значно дорожчі.
4. Термопари. Їхній діапазон виміру зазвичай набагато більший, а ціна порівняно невисока.
5. Інфрачервоні датчики. Найчастіше їх використовують для вимірювання теплових випромінювань, рівні яких потім перетворюють на температуру.

Це лише кілька тих методів, за допомогою яких можна вимірювати температуру. Про деяких із них, можливо, я зможу розповісти у майбутній статті.

А як ви вимірюєте температуру у своїй системі, що вбудовується? Ви бачите, що я показав дуже дешевий спосіб виміру цього фізичного параметра. Але крім нього існує ще безліч інших методів.

А Ви знаєте, що таке термістор NTC і які у нього характеристики?

Що таке термістори NTC?

Термістор, вбудований у зонд з нержавіючої сталі, є «негативним температурним коефіцієнтом». Термістори NTC - це резистори з негативним температурним коефіцієнтом, що означає, що опір зменшується з підвищенням температури. Вони в основному використовуються як резистивні температурні датчики та струмообмежувальні пристрої. Коефіцієнт температурної чутливості приблизно в п'ять разів більший, ніж у кремнієвих температурних датчиків (силістори) і приблизно в десять разів більше, ніж у датчиків температури опору (RTD). Датчики NTC зазвичай використовуються в діапазоні від -55°C до 200°C.

Нелінійність зв'язку між опором і температурою, що виявляється резисторами NTC, була великою проблемою при використанні аналогових схем для точного вимірювання температури, але швидкий розвиток цифрових схем дозволив вирішити це завдання, що дозволяє обчислювати точні значення шляхом інтерполяції таблиць пошуку або шляхом вирішення рівнянь, які наближаються. кривою NTC.

Визначення термістора NTC

Термістор NTC являє собою термочутливий резистор, опір якого демонструє велике, точне та прогнозоване зниження у міру того, як температура ядра резистора збільшується в діапазоні робочих температур.

Характеристики термісторів NTC

На відміну від RTD (температурні детектори опору), виготовлені з металів, термістори NTC зазвичай виготовляються з полімерів або кераміки. Різні матеріали приводять до різних температурних відгуків, а також до інших характеристик.

Реакція температури

Хоча більшість термісторів NTC зазвичай підходять для використання в температурному діапазоні від -55 ° C до 200 ° C, де вони дають найбільш точні показання, існують спеціальні сімейства термісторів NTC, які можуть використовуватися при температурах, що наближаються до абсолютного нуля (-273,15 ° C), а також ті, які спеціально призначені для використання вище 150 ° С.

Температурна чутливість датчика NTC виражається як «відсоткова зміна на градус C». Залежно від матеріалів і особливостей виробничого процесу типові значення чутливості до температури коливаються від -3% до -6% на °С.

Характеристична крива NTC

Як видно з малюнка, термістори NTC мають набагато крутіший нахил опору-температури в порівнянні з RTD платинового сплаву, що призводить до кращої чутливості. Тим не менш, RTD залишаються найбільш точними датчиками, точність яких становить ± 0,5% від виміряної температури, і вони корисні в температурному діапазоні від -200 ° C до 800 ° C, що набагато ширше ніж у датчиків температури NTC.

Порівняння з іншими датчиками температури

Порівняно з RTD, NTC мають менший розмір, швидший відгук, більшу стійкість до ударів та вібрації та мають нижчу собівартість. Вони трохи менш точні, ніж RTD. У порівнянні з термопарами точність, отримана від обох, є аналогічною; проте термопари витримують дуже високі температури (близько 600°C) і використовуються замість термісторів NTC, де їх іноді називають пірометрами. Тим не менш, термістори NTC забезпечують більшу чутливість, стабільність і точність, ніж термопари при нижчих температурах, і використовуються з меншими витратами електроенергії і, отже, мають нижчі загальні витрати. Вартість додатково знижується через відсутність необхідності у схемах формування сигналу (підсилювачі, перекладачі рівня тощо), які часто необхідні при роботі з RTD і завжди необхідні для термопар.

Ефект самонагрівання

Ефект самонагрівання - це явище, що відбувається, коли струм протікає через термістор NTC. Оскільки термістор переважно є резистором, він розсіює енергію у вигляді тепла, коли через нього протікає струм. Це тепло генерується в осерді термістора і впливає на точність вимірів. Ступінь, в якій це відбувається, залежить від кількості струму, що протікає, навколишнього середовища (чи то рідина або газ, чи є який-небудь потік над датчиком NTC і т. д.), Температурний коефіцієнт термістора, загальна кількість термістора області і т. д. . Той факт, що опір датчика NTC і, отже, струм протікання через нього, залежить від навколишнього середовища та часто використовується в резервуарах для зберігання рідини.

Теплоємність

Теплоємність є кількість тепла, необхідне підвищення температури термістора на 1 ° C і зазвичай виявляється у мДж / ° C. Знання точної теплоємності має значення при використанні датчика термістора NTC як обмежувача пускового струму, оскільки він визначає швидкість відгуку датчика температури NTC.

Вибір та розрахунок кривої

Ретельний процес відбору повинен враховувати константу розсіювання термістора, постійну часу термічної обробки, значення опору, криву опору-опіру та допуски, щоб врахувати у найважливіших чинниках.
Оскільки залежність між опором та температурою (крива R-T) сильно нелінійна, у практичних схемах системи повинні використовуватись певні наближення.

Наближення першого порядку

Одним наближенням та найпростішим у використанні є наближення першого порядку, в якому говориться, що:

формула наближення першого порядку: dR = k * dT

Де k - негативний температурний коефіцієнт, T - різниця температур, R - зміна опору, що виникає в результаті зміни температури. Це наближення першого порядку справедливе тільки для дуже вузького температурного діапазону і може бути використане тільки для таких температур, де майже постійна у всьому діапазоні температур.

Бета-формула

Інше рівняння дає задовільні результати з точністю ± 1 ° C у діапазоні від 0 ° C до + 100 ° C. Він залежить від єдиної константи матеріалу β, яка може бути отримана шляхом вимірювання. Рівняння можна записати у вигляді:

Бета-рівняння: R (T) = R (T0) * exp (бета * (1 / T-1 / T0))

Де R (T) - опір при температурі T в Кельвін, R (T0) є точкою відліку при температурі T0. Бета-формула вимагає двоточкового калібрування і зазвичай не більше ніж ± 5 ° C по всьому корисному діапазону термістора NTC.

Рівняння Штейнхарта-Харта

Найкращим наближенням, відомим на сьогоднішній день, є формула Штейнхарта-Харта, опублікована в 1968:

Рівняння Штейнхарта для точного наближення: 1 / T = A + B * (ln (R)) + C * (ln (R)) ^ 3

Де ln R – природний логарифм опору при температурі T у Кельвіні, а A, B та C – коефіцієнти, отримані з експериментальних вимірювань. Ці коефіцієнти зазвичай публікуються постачальниками термісторів у складі таблиці даних. Формула Штейнхарта-Харта, як правило, становить близько ± 0,15 ° С в діапазоні від -50 ° С до + 150 ° С, що є більшим для більшості застосувань. Якщо потрібна висока точність, діапазон температур повинен бути зменшений, а точність краща, ніж ±0,01°C у діапазоні від 0°C до +100°C.

Вибір правильного наближення

Вибір формули, яка використовується для отримання температури з вимірювання опору, має ґрунтуватися на доступній обчислювальній потужності, а також фактичних вимогах допуску. У деяких додатках наближення першого порядку більш ніж достатньо, тоді як в інших випадках навіть рівняння Штейнхарта-Харта задовольняє вимогам, а термістор має бути відкалібрований за пунктами, роблячи велику кількість вимірювань та створюючи таблицю пошуку.

Конструкція та властивості термісторів NTC

Матеріалами, що зазвичай використовуються при виготовленні NTC-резисторів, є платина, нікель, кобальт, залізо та оксиди кремнію, які використовуються у вигляді чистих елементів або кераміки та полімерів. Термістори NTC можна розділити на три групи, залежно від виробничого процесу.

Форма бісеру чи кульки. Ці термістори NTC виготовлені із свинцевих проводів із платинового сплаву, безпосередньо спечених у керамічний корпус. Вони зазвичай забезпечують швидкий час відгуку, кращу стабільність і дозволяють працювати за більш високих температур, ніж дискові та чіп-датчики NTC, проте вони тендітніші. Зазвичай вони запечатують їх у склі, щоб захистити їх від механічних пошкоджень під час збирання та покращити їх стабільність вимірювань. Типові розміри коливаються від 0,075 до 5 мм у діаметрі.

Диск та чіп-термістори

Термістор як диск. Терморезистори NTC мають металізовані поверхневі контакти. Вони більше і, як результат, мають повільніший час реакції, ніж резистори NTC типу кульок. Однак через їх розмір вони мають більш високу константу дисипації (потужність, необхідна для підвищення їх температури на 1°C), і оскільки потужність, що розсіюється термістором, пропорційна квадрату струму, вони можуть обробляти вищі струми набагато краще, ніж кульковий тип термістрів. . Термістори з типом диска виробляються шляхом пресування суміші оксидних порошків у круглу матрицю, які потім спікають за високих температур. Чіпи зазвичай виготовляють методом лиття під тиском, де суспензію матеріалу розподіляють у вигляді товстої плівки, сушать і розрізають у форму. Типові розміри коливаються від 0,25 до 25 мм у діаметрі.

Скловолокно з термістором NTC

Це датчики температури NTC, запечатані в повітронепроникному скляному міхурі. Вони призначені для використання за температур вище 150 ° C або для монтажу на друкованій платі, де потрібна міцність. Інкапсуляція термістора у склі підвищує стабільність датчика, а також захист від навколишнього середовища. Вони виготовляються герметично ущільнюючими резисторами типу NTC скляний контейнер. Типові розміри коливаються від 0,4 до 10 мм у діаметрі.

Термістори NTC використовуються у широкому спектрі застосувань. Вони використовуються для вимірювання температури, температури керування та температурної компенсації. Вони також можуть використовуватися для виявлення відсутності або наявності рідини, як пристрої обмеження струму в ланцюгах живлення, моніторингу температури в автомобільних агрегатах та багатьох інших. Датчики NTC можна розділити на три групи, залежно від електричної характеристики, яка використовується в агрегатах та пристроях.

Характеристика опору-температури

Додатки, засновані на характеристиці опору-часу, включають вимірювання температури, контроль та компенсацію. До них також належать ситуації, в яких використовується термістор NTC, тому температура датчика температури NTC пов'язана з деякими іншими фізичними явищами. Ця група агрегатів вимагає, щоб термістор працював в умовах нульової потужності, що означає, що струм, що проходить через нього, підтримується якомога на нижчому рівні, щоб уникнути нагрівання зонда.

Поточна часова характеристика

Пристроями, що ґрунтуються на характеристиці поточного часу, є: тимчасова затримка, обмеження пускового струму, придушення перенапруг та багато іншого. Ці характеристики пов'язані з теплоємністю та постійною дисипацією використовуваного термістора NTC. Схема зазвичай покладається на термістор NTC, нагріваючись через струм, що проходить через нього. У якийсь момент це викличе якусь зміну у схемі, залежно від пристрою, в якому воно використовується.

Характеристика напруги

Пристрої, засновані на характеристиці напруги та струму термістора, зазвичай включають зміни умов навколишнього середовища або зміни схеми, які призводять до змін робочої точки заданої кривої ланцюга. Залежно від застосування це може бути використане для обмеження струму, температурної компенсації або вимірювання температури.

Багатоповерхове будівництво

У Росії налічується понад 100 мільйонів одиниць житла, а більшість з них – «односімейні будинки» чи котеджі. У містах, у передмісті та сільській місцевості, власні будинки є дуже поширеним видом житла.
Практика проектування, будівництва та експлуатації будівель найчастіше є колективною роботою різних груп професіоналів та професій. Залежно від розміру, складності та мети конкретного проекту будівлі команда проекту може включати:
1. Розробник нерухомості, що забезпечує фінансування проекту;
Один чи кілька фінансових установ чи інших інвесторів, які надають фінансування;
2. Органи місцевого планування та управління;
3. Служба, що виконує ALTA/ACSM та будівельні обстеження в рамках усього проекту;
4. Керівники будівель, які координують зусилля різних груп учасників проекту;
5. Ліцензовані архітектори та інженери, які проектують будівлі та готують будівельні документи;