Senzor de temperatură al termistorului

Ce este un senzor de temperatură cu termistor?

Un termistor este un termometru a cărui rezistență depinde de temperatură. Termenul este o combinație de „termic” și „rezistență”. Este compus din oxizi metalici, presați pentru a forma o sferă, un disc sau o formă cilindrică, apoi încapsulat într-un material impermeabil precum epoxid sau sticlă.

Diferitele tipuri de senzori de temperatură cu termistor

Există două tipuri de termistori: 

  • coeficientul negativ de temperatură (NTC sau CTN) 
  • și coeficientul de temperatură pozitiv (PTC sau CTP). 

Cu o sondă NTC, când temperatura crește, rezistența scade. În schimb, când temperatura scade, rezistența crește. Acest tip de termistor este cel mai utilizat.

Un termistor PTC funcționează puțin diferit. Pe măsură ce temperatura crește, rezistența crește și atunci când temperatura scade, rezistența scade. De obicei, un termistor atinge o precizie ridicată într-un interval limitat de temperatură de aproximativ 50 ° C în jurul temperaturii țintă. Acest interval depinde de rezistența de bază.

Citeste mai mult

simboluri cu termistori

Săgeata de lângă T înseamnă că rezistența este variabilă în funcție de temperatură. Direcția săgeții sau a barei nu este semnificativă.

Senzorii cu termistori sunt ușor de utilizat, ieftini, robusti și reacționează previzibil la schimbări. Deși nu funcționează bine cu temperaturi foarte scăzute sau ridicate, sunt senzorul de alegere pentru aplicațiile care preiau temperatura într-un interval mic de măsurare. Termistorul este ideal atunci când este necesar un control precis al temperaturii.

Unele dintre cele mai comune utilizări pentru termistori sunt în termometrele digitale, măsurarea temperaturii uleiului și lichidului de răcire, aparate de uz casnic, cum ar fi cuptoarele și frigiderele.

Figura 1: Simbolul termistorului - Statele Unite și Japonia

Cum „măsoară” temperatura termistorul?

În realitate, un termistor nu „citește” nimic, rezistența unui termistor se schimbă odată cu temperatura. Gradul de variație a rezistenței depinde de tipul de material utilizat în termistor.

Spre deosebire de alte sonde de măsurare, termistorii sunt neliniari, ceea ce înseamnă că punctele de pe un grafic care reprezintă relația dintre rezistență și temperatură nu vor forma o linie dreaptă. Construcția termistorului determină amplasarea liniei și evoluția acesteia. Un grafic tipic de termistor arată astfel:

Figura 2: rezistența în funcție de temperatură

Care este diferența dintre un termistor și alți senzori?

Pe lângă termistori, se folosesc alte câteva tipuri de senzori de temperatură. Cele mai comune sunt detectoarele de temperatură cu rezistență (RTD) și circuitele integrate (IC). Sonda de măsurare care funcționează cel mai bine pentru un anumit scop se bazează pe mulți factori. 

Interval de temperatură: intervalul global aproximativ de temperaturi în care poate fi utilizat un tip de sondă. Într-un anumit interval de temperatură, unii senzori funcționează mai bine decât alții.

Cost: Cost relativ atunci când acești senzori sunt comparați între ei. De exemplu, termistorii sunt ieftini în comparație cu RTD-uri, în parte deoarece materialul ales pentru RTD-uri este platina.

Sensibilitate: timpul aproximativ necesar pentru a trece de la o valoare de temperatură la alta. Acesta este timpul, în secunde, pentru ca un termistor să atingă 63,2% din diferența de temperatură dintre citirea inițială și ultima.

Ce forme de termistor sunt disponibile?

Senzorii de temperatură cu termistor vin într-o varietate de forme - disc, cip, bile sau tijă - și pot fi montați pe suprafață sau integrați într-un sistem. Pot fi incapsulate in rasina epoxidica, sticla, rasina fenolica copta sau vopsite. Cea mai bună formă depinde adesea de materialul monitorizat, cum ar fi un solid, lichid sau gaz.

Un cip termistor este montat în mod normal pe o placă de circuite imprimate. Există multe, multe forme diferite de termistori.

Alegeți o formă care să permită contactul maxim al suprafeței cu dispozitivul a cărui temperatură este monitorizată. Indiferent de tipul de termistor, conectarea la dispozitivul monitorizat trebuie făcută folosind o pastă cu conductivitate termică ridicată sau lipici epoxidic. În general, este important ca această pastă sau adeziv să nu fie conductoare electric.

Cum funcționează un termistor într-un sistem controlat?

Termistorul este folosit în principal pentru a măsura temperatura unui dispozitiv. Într-un sistem controlat cu temperatură, termistorul este o parte mică, dar importantă a unui sistem mai mare. Un regulator de temperatură monitorizează temperatura termistorului. Apoi îi spune unui încălzitor sau răcitor când să pornească sau să oprească, pentru a menține temperatura sondei.

Capul senzorului este fixat pe placa de răcire care trebuie să mențină o anumită temperatură pentru a răci dispozitivul, iar firele sunt conectate la regulatorul de temperatură. Controlerul de temperatură este, de asemenea, conectat electronic la dispozitivul Peltier, care încălzește și răcește dispozitivul țintă. Radiatorul de căldură este atașat la dispozitivul Peltier pentru a facilita disiparea căldurii.

Locația sondei termistorului în sistem afectează atât stabilitatea, cât și precizia măsurării sistemului de control. Pentru o mai bună stabilitate, termistorul trebuie plasat cât mai aproape de încălzitorul termoelectric sau rezistiv. Pentru cea mai bună acuratețe, termistorul ar trebui să fie amplasat lângă dispozitivul care necesită controlul temperaturii.

În mod ideal, termistorul este încorporat în dispozitiv, dar poate fi atașat și folosind pastă termoconductoare sau lipici. Chiar dacă este integrat un dispozitiv de măsurare, golurile de aer trebuie eliminate cu pastă termică sau clei.

Care sunt limitele de tensiune superioară și inferioară la intrarea senzorului de temperatură?

Limitele de tensiune ale senzorului returnate unui controler de temperatură sunt specificate de producător. Ideal este să selectați un termistor și o combinație de curent de polarizare care să producă o tensiune în intervalul permis de regulatorul de temperatură.

Legea lui Ohm

Tensiunea este legată de rezistență (legea lui Ohm). Această ecuație este utilizată pentru a determina ce curent de polarizare este necesar. Legea lui Ohm afirmă că curentul care curge printr-un conductor între două puncte este direct proporțional cu diferența de potențial dintre cele două puncte și că, pentru acest curent de polarizare, este scris:

U = R x I

în cazul în care:

U este tensiunea, în Volți (V)

I BIAS este curentul, în Amperi sau Amperi (A)

I BIAS înseamnă că curentul este fix

R este rezistența, în ohmi (Ω)

Controlerul produce un curent de polarizare pentru a converti rezistența termistorului într-o tensiune măsurabilă. Controlerul va accepta doar un anumit interval de tensiune. De exemplu, dacă un domeniu al controlerului este de la 0 la 5V, tensiunea termistorului nu trebuie să fie mai mică de 0,25V, astfel încât zgomotul electric de nivel scăzut să nu interfereze cu citirea și să nu fie mai mare de 5 V pentru a putea fi citit.

exemplu

Să presupunem că utilizarea controlerului ATR121 și un termistor de 10 kΩ (B25 / 85: 3435K), cum ar fi senzorii Universal NTC impermeabil 10kOhm B3435 1500mm - Guilcor , și că temperatura pe care dispozitivul ar trebui să o mențină este de 20 ° C. Conform fișei tehnice, rezistența este de 10 Ω la 000 ° C. Pentru a determina dacă termistorul poate funcționa cu controlerul, trebuie să cunoaștem curenții de polarizare a intervalului utilizabil . Folosind Legea lui Ohm pentru a rezolva pentru I, știm următoarele:

V/R = I BIAS
0,25 / 10 = 000 µA este capătul inferior al domeniului
5,0 / 126700 = 500 µA este cel mai mare

Da, acest termistor va funcționa dacă curentul de polarizare a regulatorului de temperatură poate fi setat între 25 µA și 500 µA.

Atunci când selectați un termistor și un curent de polarizare, cel mai bine este să alegeți un senzor a cărui tensiune este în mijlocul intervalului. Intrarea de feedback a controlerului trebuie să fie activă, derivată din rezistența termistorului.

Cel mai precis model utilizat pentru a converti rezistența termistorilor la temperatură se numește ecuația Steinhart-Hart.

Ce este ecuația Steinhart-Hart?

Ecuația Steinhart-Hart este un model care a fost dezvoltat într-o eră în care computerele nu erau omniprezente și majoritatea calculelor matematice se făceau folosind reguli de diapozitive și alte instrumente matematice, cum ar fi tabelele funcțiilor transcendentale. Ecuația a fost dezvoltată ca o metodă simplă de a modela temperaturile termistorului cu ușurință și mai precis. Ecuația Steinhart-Hart este după cum urmează:

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

în cazul în care:

T este temperatura, în Kelvin (K, Kelvin = Celsius + 273,15),

R este rezistența în T, în ohmi (Ω).

A, B, C, D și E sunt coeficienții Steinhart-Hart care variază în funcție de tip. termistorul utilizat și intervalul de temperatură detectat.

Este Natural Log sau Log Base Napierian 2.71828

Ecuația standard Steinhart-Hart utilizată este după cum urmează:

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

Unul dintre avantajele programelor de calculator este că ecuațiile care ar fi durat zile sau chiar săptămâni pentru a se rezolva sunt rezolvate în câteva momente. Tastați „Calculator de ecuații Steinhart-Hart” în orice motor de căutare și sunt returnate pagini cu link-uri către calculatoare online.

Cum se utilizează ecuația Steinhart-Hart?

Această ecuație calculează mai precis rezistența reală a unui termistor în funcție de temperatură. Cu cât intervalul de temperatură este mai restrâns, cu atât calculul rezistenței va fi mai precis. Majoritatea producătorilor de termistori furnizează coeficienți A, B și C pentru un interval tipic de temperatură.

Cine sunt Steinhart și Hart?

John S. Steinhart și Stanley R. Hart au dezvoltat și publicat prima dată ecuația Steinhart-Hart într-un articol intitulat „Curbe de calibrare pentru termistori” în 1968, în timp ce erau cercetători la Institutul Carnegie din Washington. Steinhart a devenit profesor de geologie și geofizică, apoi a studiat științele marine la Universitatea din Wisconsin-Madison, iar Stanley R. Hart a devenit cercetător principal la Woods Hole Oceanographic Institution.

Concluzie

Senzorii cu termistori sunt rezistențe dependente de temperatură care schimbă rezistența odată cu schimbările de temperatură. Sunt foarte sensibili și reacționează la schimbări foarte mici de temperatură. Acestea sunt cel mai bine utilizate atunci când trebuie menținută o anumită temperatură și când se monitorizează temperaturile în intervalul de 50°C față de temperatura ambiantă.

Contoarele cu termistor, ca parte a unui sistem de control al temperaturii, sunt cea mai bună modalitate de a măsura și controla încălzirea și răcirea unui dispozitiv Peltier. Capacitatea lor de a regla pe minut permite o stabilitate maximă a sistemului. Termistorii pot fi integrati sau montați pe suprafață pe dispozitiv care necesită monitorizarea temperaturii. În funcție de tip, acestea pot măsura lichide, gaze sau solide.



Căutați informații despre senzorii PTC și NTC? Accesați direct pagina dedicată!

NTC PTC