Čidlo teploty termistoru

Existují dva typy termistorů: 

záporný teplotní koeficient (NTC nebo CTN) 

a kladný teplotní koeficient (PTC nebo CTP). 

U NTC sondy při zvýšení teploty odpor klesá. Naopak, když teplota klesá, odpor se zvyšuje. Tento typ termistoru je nejpoužívanější.

PTC termistor funguje trochu jinak. Jak teplota stoupá, zvyšuje se odpor a když teplota klesá, odpor klesá. Termistor obvykle dosahuje vysoké přesnosti v omezeném teplotním rozsahu kolem 50 ° C kolem cílové teploty. Tento rozsah závisí na základním odporu.

Šipka vedle T znamená, že odpor je proměnlivý podle teploty. Směr šipky nebo pruhu není významný.

Termistorové senzory se snadno používají, jsou levné, robustní a předvídatelně reagují na změny. Přestože nefungují dobře při velmi nízkých nebo vysokých teplotách, jsou senzorem volby pro aplikace, které měří teplotu v nízkém rozsahu měření. Termistor je ideální, když je vyžadována přesná regulace teploty.

Některé z nejběžnějších použití termistorů jsou v digitálních teploměrech, měření teploty oleje a chladicí kapaliny, v domácích spotřebičích, jako jsou trouby a chladničky.

Obrázek 1: Symbol termistoru - USA a Japonsko

Ve skutečnosti termistor nic „nečte“, odpor termistoru se mění s teplotou. Stupeň změny odporu závisí na typu materiálu použitého v termistoru.

Na rozdíl od jiných měřicích sond jsou termistory nelineární, což znamená, že body na grafu představující vztah mezi odporem a teplotou nebudou tvořit přímku. Konstrukce termistoru určuje umístění vedení a jeho průběh. Typický graf termistoru vypadá takto:

Obrázek 2: Odpor jako funkce teploty

Kromě termistorů se používá několik dalších typů teplotních senzorů. Nejběžnější jsou odporové teplotní detektory (RTD) a integrované obvody (IC). Měřicí sonda, která nejlépe funguje pro konkrétní účel, je založena na mnoha faktorech. 

Teplotní rozsah: Přibližný globální rozsah teplot, ve kterém lze použít typ sondy. V daném teplotním rozsahu fungují některé senzory lépe než jiné.

Cena: Relativní náklady, když se tyto senzory navzájem porovnávají. Například termistory jsou levné ve srovnání s RTD, částečně proto, že materiálem pro RTD je platina.

Citlivost: přibližný čas potřebný k přepnutí z jedné hodnoty teploty na druhou. Toto je čas v sekundách, po který termistor dosáhne 63,2% teplotního rozdílu mezi počátečním odečtem a posledním.

Termistorové teplotní senzory se dodávají v různých formách – disk, čip, kulička nebo tyč – a mohou být namontovány na povrch nebo integrovány do systému. Mohou být zalité v epoxidové pryskyřici, skle, vypálené fenolové pryskyřici nebo natřeny. Nejlepší tvar často závisí na sledovaném materiálu, jako je pevná látka, kapalina nebo plyn.

Čip termistoru je obvykle namontován na desce s plošnými spoji. Existuje mnoho, mnoho různých forem termistorů.

Vyberte tvar, který umožňuje maximální kontakt povrchu s monitorovaným zařízením. Bez ohledu na typ termistoru musí být připojení ke sledovanému zařízení provedeno pomocí vysoce tepelně vodivé pasty nebo epoxidového lepidla. Obecně je důležité, aby tato pasta nebo lepidlo nebyly elektricky vodivé.ktricita.

Termistor se používá hlavně k měření teploty zařízení. V systému s řízenou teplotou je termistor malou, ale důležitou součástí většího systému. Teplotní regulátor sleduje teplotu termistoru. Poté řekne ohřívači nebo chladiči, kdy se má zapnout nebo vypnout, aby se udržela teplota sondy.

Hlava snímače je upevněna na chladicí desce, která musí udržovat určitou teplotu pro chlazení zařízení, a vodiče jsou připojeny k regulátoru teploty. Regulátor teploty je také elektronicky spojen s Peltierovým zařízením, které ohřívá a chladí cílové zařízení. Chladič je připojen k Peltierovu zařízení, aby se usnadnil odvod tepla.

Umístění termistorové sondy v systému ovlivňuje jak stabilitu, tak přesnost měření řídicího systému. Pro lepší stabilitu by měl být termistor umístěn co nejblíže termoelektrickému nebo odporovému ohřívači. Pro nejlepší přesnost by měl být termistor umístěn v blízkosti zařízení vyžadujícího regulaci teploty.

V ideálním případě je termistor integrován do zařízení, ale lze jej připevnit i pomocí teplovodivé pasty nebo lepidla. I když je integrováno měřící zařízení, vzduchové mezery musí být odstraněny teplovodivou pastou nebo lepidlem.

Limity napětí snímače vrácené do regulátoru teploty jsou specifikovány výrobcem. Ideální je zvolit termistor a kombinaci zkresleného proudu, které vytvářejí napětí v rozsahu povoleném regulátorem teploty.

Ohmův zákon

Napětí souvisí s odporem (Ohmův zákon). Tato rovnice se používá k určení, jaký předpětí proudu je potřeba. Ohmův zákon stanoví, že proud protékající vodičem mezi dvěma body je přímo úměrný potenciálnímu rozdílu mezi těmito dvěma body a že pro tento zkreslený proud je napsáno:

U = R x I

kde:

U je napětí ve voltech (V)

I BIAS je proud v ampérech nebo ampérech (A)

I BIAS znamená, že proud je pevný

R je odpor v Ohmech (Ω)

Regulátor produkuje zkreslený proud, který převádí odpor termistoru na měřitelné napětí. Regulátor akceptuje pouze určitý rozsah napětí. Například pokud je rozsah regulátoru 0 až 5 V, napětí termistoru by nemělo být menší než 0,25 V, aby nízký elektrický šum nerušil čtení, a aby bylo možné číst, není vyšší než 5 V.

Příklady

Předpokládejme použití ovladače ATR121 a termistor 10 kΩ (B25 / 85: 3435K), například senzory Univerzální NTC vodotěsný 10kOhm B3435 1500mm - Guilcor a že teplota, kterou by zařízení mělo udržovat, je 20 ° C. Podle datového listu je odpor 10 000 Ω při 25 ° C. Abychom zjistili, zda termistor může pracovat s regulátorem, potřebujeme znát použitelné polarizační proudy rozsahu . Používáme-li Ohmův zákon k řešení pro mě, víme následující:

G/R=I bias
0,25 / 10 000 = 25 µA je dolní konec rozsahu
5,0 / 126700 = 500 µA je nejvyšší

Ano, tento termistor bude fungovat, pokud lze nastavit předpínací proud regulátoru teploty mezi 25 µA a 500 µA.

Při výběru termistoru a zkresleného proudu je nejlepší zvolit snímač, jehož napětí je uprostřed rozsahu. Zpětnovazební vstup ovladače musí být živý, odvozený od odporu termistoru.

Nejpřesnější model používaný k převodu odporu termistorů na teplotu se nazývá Steinhart-Hartova rovnice.

Steinhart-Hartova rovnice je model, který byl vyvinut v době, kdy počítače nebyly všudypřítomné a většina matematických výpočtů byla prováděna pomocí posuvných pravidel a jiných matematických nástrojů, jako jsou tabulky transcendentálních funkcí. Rovnice byla vyvinuta jako jednoduchá metoda pro snadné a přesnější modelování teplot termistoru. Steinhart-Hartova rovnice je následující:

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

kde:

T je teplota v Kelvinech (K, Kelvin = Celsia + 273,15),

R je odpor v T, v Ohmech (Ω).

A, B, C, D a E jsou Steinhart-Hartovy koeficienty, které se liší podle typu. použitý termistor a zjištěný teplotní rozsah.

Je to Natural Log nebo Log base Napierian 2.71828

Standardní použitá Steinhart-Hartova rovnice je následující:

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

Jednou z výhod počítačových programů je, že rovnice, jejichž řešení by trvalo dny nebo dokonce týdny, jsou vyřešeny během okamžiku. Zadejte „Steinhart-Hart Equation Calculator“ do libovolného vyhledávače a zobrazí se stránky s odkazy na online kalkulačky.

Tato rovnice přesněji vypočítává skutečný odpor termistoru jako funkce teploty. Čím užší bude teplotní rozsah, tím přesnější bude výpočet odporu. Většina výrobců termistorů poskytuje koeficienty A, B a C pro typický teplotní rozsah.

John S. Steinhart a Stanley R. Hart nejprve vyvinuli a publikovali Steinhart-Hartovu rovnici v článku s názvem „Kalibrační křivky pro termistory“ v roce 1968, zatímco byli výzkumníky v Carnegie Institution ve Washingtonu. Steinhart se stal profesorem geologie a geofyziky, poté studoval námořní vědu na University of Wisconsin-Madison a Stanley R. Hart se stal vedoucím výzkumným pracovníkem oceánografické instituce Woods Hole.