Kina anpassad NTC-sensorsond och kabel

Sensorsond och kabel är sensorns förpackningsform, som är den mest grundläggande enheten för sensorn. Sensorn är förpackad genom en rimlig elektronisk krets och extern förpackningsstruktur. Den har några oberoende funktionella komponenter som vi behöver. Som sensorn, det brukar delas in i: NTC termistorsond, PT100 sond, PT1000 sond, Ds18b20 sond, vattentemperatursond, sensorsond för fordon, RTD-sond, temperaturkontrollsond, temperaturjusteringssond, sensorsond för hushållsapparater, etc.

Ds18b20 sensorsond med kabel

Temperaturkontrollsond med kabel

PT100 temperaturgivare sond med kabel

En NTC-sondstruktur baserad på temperaturförutsägelse och dess temperaturmätningsmetod, sonden inkluderar: flera NTC-sonder; kopparskal; metallstödstruktur, tråd och värmeledare.
Steg 1, bland m NTC-sonder, få temperaturerna T0, T1, …, Tn mätt med lika tidsintervall genom varje NTC-sond, där n representerar serienumret för den uppsamlade temperaturen;
Steg 2, beräkna temperaturskillnaden vn=TnTn1 som samlats in vid angränsande temperaturmätningstider;
Steg 3, beräkna parametern α=vn/vn1;
Steg 4, beräkna den förutsagda temperaturen Tp=Tn1+vn/(1a) av en enda sond;
Steg 5, beräkna den uppmätta temperaturen Tb. Föreliggande uppfinning kan ytterligare reducera felet och har god allmän tillämpbarhet.

Fullständig analys av termistorer!

🤔 Vet du vad en termistor är? Det är en liten expert på elektroniska kretsar!

👍 Termistorer, i enkla ordalag, är en typ av känsligt element som kan justera sitt motståndsvärde efter temperaturförändringar.

🔥 Termistor med positiv temperaturkoefficient (PTC), när temperaturen stiger, dess motståndsvärde kommer att öka avsevärt. Denna funktion gör att den lyser i automatiska styrkretsar!

Vattentemperaturgivare med kabel

BBQ sond ugn NTC sensor med kabel

NTC-sensorsond och kabel

❄️ Termistorn för negativ temperaturkoefficient (NTC) är motsatsen, där motståndet minskar när temperaturen stiger. I hushållsapparater, den används ofta för mjukstart, automatiska detekterings- och styrkretsar.

💡 Nu har du en djupare förståelse för termistorer! I den elektroniska världen, det är en oumbärlig roll!

1. Introduktion till NTC
NTC-termistor är en termistor som är uppkallad efter förkortningen negativ temperaturkoefficient. Vanligtvis, termen “termistor” hänvisar till NTC-termistorer. Det upptäcktes av Michael Faraday, som studerade silversulfidhalvledare vid den tiden, i 1833, och kommersialiserats av Samuel Reuben på 1930-talet. NTC termistor är en oxidhalvledarkeramik som består av mangan (Mn), nickel (I) och kobolt (Co).
Det kan ses överallt i våra liv. På grund av egenskapen att motståndet minskar med ökningen av temperaturen, den används inte bara som temperaturavkänningsanordning i termometrar och luftkonditioneringsapparater, eller en temperaturkontrollenhet i smartphones, vattenkokare och strykjärn, men används också för strömstyrning i strömförsörjningsutrustning. Nyligen, allt eftersom graden av fordonselektrifiering ökar, termistorer används alltmer i bilprodukter.

2. Arbetsprincip
I allmänhet, metallernas motstånd ökar när temperaturen ökar. Detta beror på att värme intensifierar gittervibrationen, och den genomsnittliga rörelsehastigheten för fria elektroner minskar i enlighet därmed.

Däremot, andelen fria elektroner och hål i halvledare ökar på grund av värmeledning, och denna del är större än andelen av delen där hastigheten minskar, så resistansvärdet minskar.

Dessutom, på grund av förekomsten av bandgapet i halvledare, vid extern uppvärmning, elektroner i valensbandet flyttar till ledningsbandet och leder elektricitet. Med andra ord, motståndsvärdet minskar när temperaturen ökar.

3. Grundläggande egenskaper
3.1 Resistans-temperaturegenskaper (R-T egenskaper)
Resistansvärdet för en NTC-termistor mäts vid en ström med tillräckligt låg självuppvärmning (värme som genereras på grund av den pålagda strömmen). Som standard, det rekommenderas att använda maximal driftström. Och, motståndsvärdet måste uttryckas i par med temperaturen.
Den karakteristiska kurvan beskrivs med följande formel:

R0, R1: motståndsvärde vid temperatur T0, T1

T0, T1: absolut temperatur

B: B konstant

R-T-egenskaper hos NTC-termistorer

Figur 1: R-T-karakteristik för NTC-termistor

3.2 B konstant
B-konstanten är ett enda värde som kännetecknar NTC-termistorn. Justering av B-konstanten kräver alltid två punkter. B-konstanten beskriver lutningen för de två punkterna.
Om de två punkterna är olika, B-konstanten kommer också att vara annorlunda, så var uppmärksam när du jämför. (Se figur 2)

Den horisontella axeln är temperaturkarakteristiken för 1-T

Figur 2: Olika B-konstanter valda vid 2 poäng

Från detta, det kan ses att B är lutningen av lnR vs. 1/T-kurva:

Murata använder 25°C och 50°C för att definiera B-konstanten, skriven som B (25/50).

Som visas i figur 3, 1/T (T är absolut temperatur) är i logaritmisk proportion till resistansvärdet. Det kan ses att förhållandet är nära en rak linje.

V-I-egenskaper hos NTC-termistorer

Figur 3: Temperaturegenskaper med 1/T som horisontell axel

3.3 Volt-ampere egenskaper (V-I egenskaper)
V-I-egenskaperna för NTC-termistorer visas i figuren 4.

Termisk avledningskonstant per enhetselement

Figur 4: V-I egenskaper hos NTC termistorer

I området med svag ström, spänningen hos den ohmska kontakten ökar gradvis när strömmen gradvis ökar. Självuppvärmningen som orsakas av strömflödet får inte motståndets temperatur att stiga genom att avleda värme från termistorns yta och andra delar.
Dock, när värmeutvecklingen är stor, temperaturen på själva termistorn stiger och resistansvärdet minskar. I ett sådant område, det proportionella förhållandet mellan ström och spänning håller inte längre.

I allmänhet, termistorer används i ett område där självuppvärmningen är så låg som möjligt. Som standard, det rekommenderas att driftströmmen hålls under den maximala driftströmmen.

Om den används i ett område som överstiger spänningstoppen, termiska skenande reaktioner såsom upprepad uppvärmning och minskat motstånd kan förekomma, vilket gör att termistorn blir röd eller går sönder. Undvik att använda den i detta intervall.

3.4 Temperaturkoefficient för motstånd (a)
Förändringshastigheten för NTC-termistorn per enhetstemperatur är temperaturkoefficienten, som beräknas med följande formel.

Exempel: När temperaturen är nära 50°C och B-konstanten är 3380K
α = −3380/(273.15 + 50)² × 100 [%/°C] = −3,2 [%/°C]
Därför, temperaturkoefficienten för motstånd är som följer.

Termisk tidskonstant för NTC-termistor

α = − B/T² × 100 [%/°C]

3.5 Termisk avledningskonstant (d)
När omgivningstemperaturen är T1, när termistorn förbrukar ström P (mw) och dess temperatur ändras till T2, följande formel gäller.

P = d (T2 − T1)

δ är den termiska förlustkonstanten (mW/°C). Ovanstående formel transformeras enligt följande.

NCU15 maximal spänningsnedsättning

δ = P/ (T2 − T1)

Värmeavledningskonstanten δ hänvisar till den effekt som krävs för att öka temperaturen med 1°C under självuppvärmningsförhållanden.

Den termiska förlustkonstanten δ bestäms av balansen mellan “självuppvärmning på grund av strömförbrukning” och “värmeavledning”, och varierar därför avsevärt beroende på termistorns driftsmiljö.

Maximal driftström (Iop), maximal driftspänning (Vop)

Murata definierade begreppet “termisk avledningskonstant per enhetselement”.

3.6 Termisk tidskonstant (t)

När en termistor som hålls vid temperatur T0 ändras plötsligt till omgivningstemperatur T1, tiden det tar att ändra till måltemperaturen T1 kallas för den termiska tidskonstanten (t). Vanligtvis, detta värde hänvisar till den tid som krävs för att nå 63.2% av temperaturskillnaden mellan T0 och T1.

Muratas metod för mätning av resistansvärde

När en termistor hålls vid en temperatur (T0) utsätts för en annan temperatur (T1), temperaturen ändras exponentiellt, och temperaturen (T) efter tidens gång (t) uttrycks på följande sätt.

T = (T1 − T0) (1 − exp (−t/t) ) + T0

Ta t = τ,

T = (T1 − T0) (1−1/e) + T0

(T − T0)/(T1 − T0) ＝ 1 − 1/e ＝ 0.632

Det är därför τ anges som tiden att nå 63.2% av temperaturskillnaden.
Figur 6: Termisk tidskonstant för NTC-termistor

3.7 Maximal spänning (Vmax)

Den maximala spänningen som kan appliceras direkt på termistorn. När den pålagda spänningen överstiger den maximala spänningen, produktens prestanda kommer att försämras eller till och med förstöras.

Dessutom, komponentens temperatur stiger på grund av självuppvärmning. Det är nödvändigt att uppmärksamma att komponentens temperatur inte överstiger driftstemperaturområdet.

Utgångskarakteristika för resistorjordade och termistorjordade kretsar

Figur 7: Maximal spänningsnedsättning för NCU15-typ

3.8 Maximal driftström (Iop), maximal driftspänning (Vop)
Murata definierar den maximala driftströmmen och maximala driftspänningen som den ström och spänning vid vilken självuppvärmning är 0,1 ℃ när den tillämpas. Med hänvisning till detta värde, termistorer kan uppnå mer exakt temperaturmätning.

Därför, påläggande av ström/spänning som överstiger den maximala driftströmmen/spänningen orsakar inte försämring av termistorns prestanda. Dock, Observera att självuppvärmning av komponenten kommer att orsaka detekteringsfel.

Hur Murata beräknar den maximala driftströmmen

Vid beräkning av maximal driftström, den termiska avledningskonstanten (1mW/°C) definieras av enhetskomponenten krävs. Värmeavledningskonstanten anger graden av värmeavledning, men värmeavledningstillståndet varierar mycket beroende på arbetsmiljön.
I arbetsmiljön ingår materialet, tjocklek, strukturera, lödareas storlek, värmeplattans kontakt, hartsförpackning, etc. av substratet. Användningen av enhetskomponentdefinitionen eliminerar miljöstörningsfaktorer.
Enligt erfarenhet, den termiska avledningskonstanten vid faktisk användning är ca 3 till 4 gånger enhetskomponenten. Förutsatt att den faktiska termiska förlustkonstanten är 3.5 gånger, den maximala driftströmmen visas i den blå kurvan i figuren. Jämfört med fallet med 1mW/°C, det är nu 1.9 gånger (√3,5 gånger).

3.9 Noll belastningsresistansvärde
Resistansvärdet uppmätt vid en ström (spänning) där självuppvärmningen är försumbar. Som standard, det rekommenderas att använda maximal driftström.

Justering av R-värde och förändring av utgångsegenskaper

Figur 9: Muratas metod för mätning av resistansvärde

4. Hur man använder
4.1 Kretsschema
Utspänningen kan variera beroende på NTC-termistorkopplingsschemat. Du kan simulera det på följande URL på Muratas officiella webbplats.

SimSurfing: NTC termistorsimulator (murata.co.jp)
Figur 10 Utgångsegenskaper hos resistorjordnings- och termistorjordningskretsar
4.2 Justering av R1 (spänningsdelarmotstånd), R2 (parallellt motstånd), R3 (seriemotstånd)

Utspänningen kan variera enligt kretsschemat.
Figur 11 Justering av R-värde och förändring av utgångsegenskaper

4.3 Beräkning av upptäcktsfel med Muratas officiella verktyg

Välj relevanta parametrar för NTC-termistorn och relevanta parametrar för spänningsdelarkretsen (referensspänning och spänningsdelarmotstånd, motståndsnoggrannhet), och då kan felkurvan för temperaturdetektering genereras normalt, som visas i figuren nedan:
Figur 12 Genererar temperaturdetekteringsfelkurva med hjälp av officiella verktyg