Senzor temperature termistora

Što je termistorski senzor temperature?

Termistor je termometar čiji otpor ovisi o temperaturi. Pojam je kombinacija "toplinskog" i "otpornog". Sastoji se od metalnih oksida, prešanih u obliku kuglice, diska ili cilindričnog oblika, a zatim kapsuliranog u nepropusni materijal kao što je epoksid ili staklo.

Različite vrste temperaturnih senzora termistora

Postoje dvije vrste termistora: 

  • negativni temperaturni koeficijent (NTC ili CTN) 
  • te pozitivni temperaturni koeficijent (PTC ili CTP). 

Kod NTC sonde, kada se temperatura poveća, otpor se smanjuje. Suprotno tome, kada se temperatura smanji, otpor se povećava. Ovaj tip termistora je najčešće korišten.

PTC termistor djeluje malo drugačije. Kako se temperatura povećava, otpor se povećava, a kad temperatura opada, otpor se smanjuje. Tipično, termistor postiže visoku točnost u ograničenom temperaturnom rasponu od oko 50 ° C oko ciljane temperature. Ovaj raspon ovisi o osnovnom otporu.

Čitaj više

simboli termistora

Strelica pored T znači da je otpor promjenjiv u skladu s temperaturom. Smjer strelice ili trake nije značajan.

Termistorski senzori jednostavni su za korištenje, jeftini, robusni i predvidljivo reagiraju na promjene. Iako ne rade dobro s vrlo niskim ili visokim temperaturama, oni su senzor izbora za aplikacije koje mjere temperaturu u niskom mjernom rasponu. Termistor je idealan kada je potrebna precizna kontrola temperature.

Neke od najčešćih upotreba termistora su u digitalnim termometrima, mjerenju temperature ulja i rashladne tekućine, kućanskim aparatima kao što su pećnice i hladnjaci.

Slika 1: Simbol termistor - Sjedinjene Države i Japan

Kako termistor "mjeri" temperaturu?

U stvarnosti, termistor ništa ne "čita", otpor termistora mijenja se s temperaturom. Stupanj promjene otpora ovisi o vrsti materijala koji se koristi u termistoru.

Za razliku od drugih mjernih sondi, termistori su nelinearni, što znači da točke na grafikonu koje predstavljaju odnos između otpora i temperature neće tvoriti ravnu liniju. Konstrukcija termistora određuje mjesto vodova i njegov tijek. Tipičan graf termistora izgleda ovako:

Slika 2: Otpor u ovisnosti o temperaturi

Koja je razlika između termistora i ostalih senzora?

Osim termistora, koristi se još nekoliko tipova temperaturnih senzora. Najčešći su otporni temperaturni detektori (RTD) i integrirani krugovi (IC). Mjerna sonda koja najbolje radi za određenu svrhu temelji se na mnogim čimbenicima. 

Raspon temperature: Približan globalni raspon temperatura u kojem se može koristiti tip sonde. Unutar određenog temperaturnog raspona, neki senzori rade bolje od drugih.

Trošak: Relativni trošak kada se ti senzori uspoređuju. Primjerice, termistori su jeftini u usporedbi s RTD-ovima, dijelom i zato što je materijal za RTD odabir platina.

Osjetljivost: približno vrijeme potrebno za prelazak s jedne vrijednosti temperature na drugu. To je vrijeme, u sekundama, koje treba da termistor dosegne 63,2% razlike u temperaturi između početnog i zadnjeg očitanja.

Koji su oblici termistora dostupni?

Termistorski senzori temperature dolaze u različitim oblicima – disk, čip, kuglica ili šipka – i mogu se montirati na površinu ili integrirati u sustav. Mogu se inkapsulirati u epoksidnu smolu, staklo, pečenu fenolnu smolu ili obojiti. Najbolji oblik često ovisi o materijalu koji se prati, kao što je krutina, tekućina ili plin.

Čip termistor je obično postavljen na tiskanu pločicu. Postoji mnogo, mnogo različitih oblika termistora.

Odaberite oblik koji omogućuje maksimalni kontakt površine s uređajem čija se temperatura prati. Bez obzira na vrstu termistora, povezivanje s nadziranim uređajem treba biti izvedeno pomoću paste s visokom toplinskom vodljivošću ili epoksidnog ljepila. Općenito je važno da ova pasta ili ljepilo nisu električno vodljivi.

Kako radi termistor u kontroliranom sustavu?

Termistor se uglavnom koristi za mjerenje temperature uređaja. U sustavu s kontroliranom temperaturom, termistor je mali, ali važan dio većeg sustava. Regulator temperature prati temperaturu termistora. Zatim govori grijaču ili hladnjaku kada se treba uključiti ili isključiti kako bi se održala temperatura sonde.

Glava senzora je pričvršćena na rashladnu ploču koja mora održavati određenu temperaturu da ohladi uređaj, a žice su spojene na regulator temperature. Regulator temperature također je elektronički povezan s Peltierovim uređajem koji grije i hladi ciljni uređaj. Hladnjak je pričvršćen na Peltierov uređaj kako bi se olakšalo rasipanje topline.

Položaj sonde termistora u sustavu utječe i na stabilnost i na točnost mjerenja upravljačkog sustava. Radi bolje stabilnosti, termistor treba postaviti što bliže termoelektričnom ili otpornom grijaču. Za najbolju točnost, termistor bi trebao biti smješten u blizini uređaja koji zahtijeva kontrolu temperature.

U idealnom slučaju, termistor je ugrađen u uređaj, ali se također može pričvrstiti pomoću paste ili ljepila koja provode toplinu. Čak i ako je mjerni uređaj integriran, zračne praznine se moraju ukloniti termalnom pastom ili ljepilom.

Koje su gornje i donje granice napona na ulazu temperaturnog osjetnika?

Ograničenja napona senzora vraćena regulatoru temperature određuje proizvođač. Idealno je odabrati termistor i kombinaciju pristranske struje koji stvaraju napon unutar raspona dopuštenog regulatorom temperature.

Ohmov zakon

Napon je povezan s otporom (Ohmov zakon). Ova se jednadžba koristi za određivanje potrebne struje pristranosti. Ohmov zakon kaže da je struja koja prolazi kroz vodič između dviju točaka izravno proporcionalna potencijalnoj razlici između dviju točaka i da je za ovu struju pristranosti zapisano:

U = R x I

oU:

U je napon, u voltima (V)

I BIAS je struja, u amperima ili amperima (A)

I BIAS znači da je struja fiksna

R je otpor, u ohmima (Ω)

Kontroler proizvodi pristransku struju za pretvaranje otpora termistora u mjerljivi napon. Regulator će prihvatiti samo određeni raspon napona. Primjerice, ako je raspon regulatora 0 do 5 V, napon termistora ne smije biti manji od 0,25 V, tako da električna buka niske razine ne ometa očitavanje i ne može biti veća od 5 V da bude čitljiva.

Exemple

Pretpostavimo upotrebu kontrolera ATR121 i termistor od 10 kΩ (B25 / 85: 3435K), poput senzora Univerzalni NTC vodonepropusni 10kOhm B3435 1500mm - Guilcor i da temperatura koju uređaj treba održavati iznosi 20 ° C. Prema tehničkom listu, otpor je 10 Ω na 000 ° C. Da bismo utvrdili može li termistor raditi s regulatorom, moramo znati korisne polarizacijske struje . Koristeći Ohmov zakon za rješavanje problema I, znamo sljedeće:

G/R=I BIAS
0,25 / 10 000 = 25 µA je donji kraj raspona
5,0 / 126700 = 500 µA je najviša

Da, ovaj će termistor raditi ako se struja pristranosti regulatora temperature može postaviti između 25 µA i 500 µA.

Pri odabiru termistora i struje pristranosti, najbolje je odabrati senzor čiji je napon u sredini raspona. Ulaz povratne sprege regulatora mora biti pod naponom, izveden iz otpora termistora.

Najtočniji model koji se koristi za pretvaranje otpora termistora u temperaturu naziva se Steinhart-Hartova jednadžba.

Što je Steinhart-Hartova jednadžba?

Steinhart-Hartova jednadžba model je koji je razvijen u doba kada računala nisu bila sveprisutna, a većina matematičkih proračuna rađena je pomoću kliznih pravila i drugih matematičkih alata, poput tablica transcendentalnih funkcija. Jednadžba je razvijena kao jednostavna metoda za jednostavno i preciznije modeliranje temperatura termistora. Steinhart-Hartova jednadžba je sljedeća:

1 / T = A + B (lnR) + C (lnR) 2 + D (lnR) 3 + E (lnR) 4…

oU:

T je temperatura, u Kelvinima (K, Kelvin = Celzijus + 273,15),

R je otpor u T, u Ohmima (Ω).

A, B, C, D i E su Steinhart-Hartovi koeficijenti koji se razlikuju ovisno o vrsti. korišteni termistor i otkriven temperaturni raspon.

To je Natural Log ili baza baze Napierian 2.71828

Standardna Steinhart-Hartova jednadžba koja se koristi je sljedeća:

1 / T = A + B (lnR) + C (lnR) 3

Jedna od prednosti računalnih programa je ta što se jednadžbe za čije bi rješavanje trebale dani ili čak tjedni rješavaju u trenucima. Upišite "Steinhart-Hart Equation Calculator" u bilo koju tražilicu i stranice s poveznicama na online kalkulatore će se vratiti.

Kako se koristi Steinhart-Hartova jednadžba?

Ova jednadžba točnije izračunava stvarni otpor termistora u ovisnosti o temperaturi. Što je uže područje temperature, to će proračun otpora biti točniji. Većina proizvođača termistora daje koeficijente A, B i C za tipično temperaturno područje.

Tko su Steinhart i Hart?

John S. Steinhart i Stanley R. Hart prvi su put razvili i objavili Steinhart-Hartovu jednadžbu u članku pod naslovom "Kalibracijske krivulje za termistore" 1968. godine, dok su bili istraživači na Carnegie Institution u Washingtonu. Steinhart je nastavio profesor geologije i geofizike, zatim je studirao nauku o moru na Sveučilištu Wisconsin-Madison, a Stanley R. Hart postao je stariji istraživač na oceanografskoj instituciji Woods Hole.

Zaključak

Termistorski senzori su otpornici ovisni o temperaturi koji mijenjaju otpor s promjenama temperature. Vrlo su osjetljivi i reagiraju na vrlo male promjene temperature. Najbolje ih je koristiti kada se mora održavati određena temperatura i kada se prate temperature unutar 50°C od temperature okoline.

Termistorski mjerači, kao dio sustava za kontrolu temperature, najbolji su način za mjerenje i kontrolu grijanja i hlađenja Peltierovog uređaja. Njihova sposobnost podešavanja po minuti omogućuje maksimalnu stabilnost sustava. Termistori mogu biti integrirani ili površinski montirani na uređaj koji zahtijeva praćenje temperature. Ovisno o vrsti, mogu mjeriti tekućine, plinove ili krute tvari.



Tražite li informacije o PTC i NTC senzorima? Idite izravno na namjensku stranicu!

NTC PTC